PROCEDIMIENTO DE USO DE PRODUCTOS NATURALES MODIFICADOS COMO AUXILIARES DE DESHIDRATACION DE PARTICULAS FINAS.

Un procedimiento para deshidratar una suspensión de material particulado fino que es más pequeño de 2 mm de diámetro,

comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

i) hacer el material particulado fino moderadamente hidrófobo aumentando su ángulo de contacto hasta el intervalo de 25º a 60º en una etapa de hidrofobización inicial,

ii) añadir un lípido modificado disuelto en un disolvente apropiado o mezclas de disolventes, en el que dicho lípido modificado es un producto de reacción de un lípido roto en moléculas más pequeñas por transesterificación, saponificación seguida de acidulación, o por interesterificación,

iii) agitar la suspensión para permitir que las moléculas lipídicas se adsorban sobre la superficie del material moderadamente hidrófobo de modo que su hidrofobicidad se potencie y el ángulo de contacto se aumente por encima de 60º, y después

iv) someter la suspensión condicionada que contiene el material particulado, cuyo ángulo de contacto del agua se ha aumentado, a un procedimiento mecánico adecuado de deshidratación

Procedimiento de uso de productos naturales modificados como auxiliares de deshidratación de partículas finas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la separación de sólidos-líquidos y, más particularmente, a un procedimiento para usar productos naturales modificados como auxiliares de deshidratación.

La separación de sólidos-líquidos es un procedimiento importante en diversas industrias. El agua a menudo es el líquido, ya que a menudo es el medio más barato en el que se realizan diversos procedimientos industriales. El procedimiento de deshidratación puede conseguirse por procedimientos mecánicos (por ejemplo, filtración y centrifugación) o secado térmico. En general, lo primero es más barato que lo segundo. Sin embargo, la deshidratación mecánica va creciendo en dificultad con la disminución del tamaño de partícula.

En un procedimiento de deshidratación mecánica, los materiales particulados presentes en una suspensión de suministro forman rápidamente un lecho (o torta) de partículas en un medio antes de que el agua fluya a través de la torta. El caudal de agua, Q, a través de la torta se determina por la ley de Darcy:

en la que K es la permeabilidad de la torta, ?P la caída de presión a través de la torta, A el área de filtro, µ la viscosidad dinámica del agua, y L es el espesor de la torta. La fuerza motriz para el flujo de agua es la caída de presión. En filtración al vacío, la caída de presión es menor de 1 atmósfera, mientras que en la filtración por presión se aplican presiones tan elevadas como 8-10 atmósferas. En filtración por centrifugación, la caída de presión se crea por la fuerza centrífuga.

Se considera que una torta de filtro consta de capilares de diversos radios, que se determinan por la distribución de tamaños de las partículas que constituyen la torta de filtro. En un capilar dado de radio, r, el agua fluirá a través del capilar si la caída de presión, ?P, excede la presión del agua dentro del capilar. La presión del capilar, p, se da por la ecuación de Laplace:

en la que ? es la tensión superficial del agua y ? es el ángulo de contacto de las partículas en una torta de filtro. El ángulo de contacto es una medida de la hidrofobicidad (propiedad de repulsión del agua) de las partículas.

La ecuación [2] sugiere tres modos de conseguir bajas humedades de torta después de la filtración. Estos incluyen i) disminución de la tensión superficial, ii) ampliación de radio del capilar, y iii) aumento del ángulo de contacto. Se usan diversos compuestos químicos (auxiliares de deshidratación) para controlar estos parámetros. Un grupo de reactivos es los tensioactivos que pueden disminuir la tensión superficial. La mayoría de los agentes que disminuyen la tensión superficial usados en la industria son tensioactivos iónicos con elevados números del equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB), que tienden a reducir los ángulos de contacto y, por tanto, son perjudiciales para la deshidratación. Otro grupo de reactivos usados como auxiliares de deshidratación son electrolitos inorgánicos y polímeros orgánicos que se usan como coagulantes y floculantes, respectivamente. Estos dos reactivos están diseñados para aumentar el tamaño de las partículas y por tanto aumentan el radio del capilar. Sin embargo, tienden demasiado a aumentar el ángulo de contacto de las partículas, ya que son de naturaleza hidrófila.

La Patente de Estados Unidos Nº 5.670.056 muestra un procedimiento para usar tensioactivos de bajo HLB no iónicos (o neutros) y polímeros solubles en agua como agentes de hidrofobicidad que pueden aumentar el ángulo de contacto. Se usaron ásteres grasos monoinsaturados, ásteres grasos y polimetilhidrosiloxanos solubles en agua como agentes de hidrofobicidad. Los ásteres grasos se usaron con o sin el uso de butanol como disolvente vehículo. En una descripción de Patente de Estados Unidos (Nº de serie 09/327.266), se muestran procedimientos para usar diversos tensioactivos de bajo HLB diferentes como auxiliares de deshidratación. En otra solicitud de Patente de Estados Unidos (Nº de serie 09/326.330), se describen procedimientos para usar lípidos. La tarea principal de estos reactivos es aumentar el ángulo de contacto de las partículas a deshidratar. Sin embargo, también aumentan las partículas mediante coagulación hidrófoba y reducen la tensión superficial. Por tanto, los auxiliares de deshidratación descritos en las solicitudes en trámite dirigen los tres parámetros, es decir, la tensión superficial, el ángulo de contacto, y el radio del capilar, hacia la dirección correcta. El resultado neto de usar dichos reactivos como auxiliares de deshidratación es que la velocidad de deshidratación (dada por la ecuación [1]) es inmensamente mayor que otros auxiliares de deshidratación, que da lugar a humedades de torta inferiores.

Una ventaja de usar los lípidos como auxiliares de deshidratación, como se describe en la solicitud de Patente de Estados Unidos con número de serie 09/326.330, es que son de bajo coste y medioambientalmente seguros de usar. Los lípidos son moláculas orgánicas hidrófobas de origen natural aisladas de cálulas y tejidos biológicos. Las grasas animales y los aceites vegetales son los lípidos más ampliamente existentes, que son triásteres de glicerol con tres ácidos carboxílicos de cadena larga. El rendimiento de estos reactivos es ligeramente inferior al de los tensioactivos de bajo HLB descritos en la solicitud de Patente de Estados Unidos con número de serie 09/327.266, que puede atribuirse a la probabilidad de que las moléculas lipídicas sean demasiado grandes para formar monocapas muy compactadas de hidrófobos sobre la superficie de las partículas a deshidratar.

Objetivos de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un nuevo procedimiento para disminuir la humedad de materiales particulados finos durante procedimientos mecánicos de deshidratación tales como filtración al vacío, filtración por presión, y filtración por centrifugación.

Otro objetivo importante de la invención es aumentar la velocidad a la que se elimina el agua de modo que un equipo de deshidratación dado pueda procesar tonelajes mayores de materiales particulados.

Otro objetivo más de la presente invención es proporcionar un nuevo procedimiento de deshidratación que no cree efectos adversos en procedimientos corriente arriba y corriente abajo cuando se recicla el agua eliminada de los procedimientos de deshidratación descritos en la presente invención.

Otro objetivo más de la invención es proporcionar procedimientos para controlar las propiedades de producción de burbujas del producto de flotación.

Quizá el objetivo más importante de la presente invención es conseguir todos los objetivos anteriores usando auxiliares de deshidratación que se pueden producir a bajo coste que no tengan efectos dañinos sobre el medioambiente y la salud humana.

Sumario de la invención

El objetivo más importante de esta invención es proporcionar un procedimiento eficaz para deshidratar materiales particulados finos. Esto se consigue desestabilizando el agua sobre la superficie de las partículas para deshidratarlas haciendo la superficie sustancialmente hidrófoba por un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1. Las partículas se hacen hidrófobas en dos etapas. Inicialmente, se usan en particular tensioactivos de elevados números de equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB) para hacer un material particulado moderadamente hidrófobo. El material se trata posteriormente con un lípido modificado para potenciar adicionalmente su hidrofobicidad cercana a o por encima del ángulo de contacto del agua de 90º. Esto disminuirá enormemente la presión del agua en los capilares formados entre las partículas en una torta de filtro, y permitirá de este modo que el agua se elimine más fácilmente durante los procedimientos de deshidratación mecánica.

Una clave para los procedimientos de deshidratación descritos en la descripción de la presente invención es la etapa de potenciación de la hidrofobicidad. De acuerdo con la ecuación de Laplace, un aumento relativamente pequeño en la hidrofobicidad (por encima del nivel que puede conseguirse normalmente usando un tensioactivo...

1. Un procedimiento para deshidratar una suspensión de material particulado fino que es más pequeño de 2 mm de diámetro, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

i)        hacer el material particulado fino moderadamente hidrófobo aumentando su ángulo de contacto hasta el intervalo de 25º a 60º en una etapa de hidrofobización inicial,

ii)        añadir un lípido modificado disuelto en un disolvente apropiado o mezclas de disolventes, en el que dicho lípido modificado es un producto de reacción de un lípido roto en moléculas más pequeñas por transesterificación, saponificación seguida de acidulación, o por interesterificación,

iii)        agitar la suspensión para permitir que las moléculas lipídicas se adsorban sobre la superficie del material moderadamente hidrófobo de modo que su hidrofobicidad se potencie y el ángulo de contacto se aumente por encima de 60º, y después

iv)        someter la suspensión condicionada que contiene el material particulado, cuyo ángulo de contacto del agua se ha aumentado, a un procedimiento mecánico adecuado de deshidratación.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la hidrofobización inicial en (i) se consigue usando tensioactivos apropiados y colectores, incluyendo los que se usan normalmente para flotación.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el material particulado fino incluye minerales, carbón, pigmentos inorgánicos, plásticos, metales, metales el polvo, cenizas volantes, y materiales biológicos.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho procedimiento mecánico adecuado de deshidratación incluye filtración al vacío, filtración por presión, y filtración por centrifugación.

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho lípido modificado se prepara a partir de un lípido seleccionado entre diversos aceites vegetales, aceites de plantas, aceites de pescado y animales, grasas, esteroides, y ceras.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que dicha transesterificación implica las etapas de hacer reaccionar los lípidos con alcoholes en presencia de un catalizador a una temperatura apropiada.

7. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que dicha saponificación implica las etapas de hacer reaccionar los lípidos con un álcali en agua y posteriormente disminuir el pH para formar ácidos grasos.

8. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que dicha interesterificación implica las etapas de hacer reaccionar los lípidos con glicerol, monoacilgliceroles, y/o diacilgliceroles.

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos disolventes apropiados incluyen aceites de hidrocarburos ligeros, alcoholes de cadena corta, y éteres.