Un método de invertir rápidamente en 5-60 segundos una emulsión que contiene agente floculante para la separación de los sólidos y líquido en suspensiones acuosas,

comprendiendo el método:

(a) dosificar agua con una cantidad eficaz de agente floculante de al menos una emulsión de agua-en-aceite que comprende al menos un agente floculante, al menos un agente tensioactivo hidrófilo, y al menos uno de aceite de cáscara de cítrico o de aceite de pino, variando dicha cantidad eficaz de agente floculante de 0, 0025 a 0, 8 por ciento, sobre una base de polímero activo, en peso del agua, y estando presente dicho agente tensioactivo en la emulsión a una concentración de desde 1 a 10 por ciento, en peso;

(b) someter al agua y al agua que contiene la emulsión a un elevado esfuerzo cortante, que comprende un flujo inverso turbulento, a una presión suficiente y durante un tiempo suficiente para la al menos única emulsión para invertir y liberar el al menos único agente floculante en el agua; y

(c) añadir el al menos único agente floculante liberado en una suspensión acuosa para la separación de sólidos del agua en la suspensión.

Un método para invertir rápidamente una emulsión que contiene agente floculante Campo de la invención Esta invención se refiere a los métodos para invertir y dispersar rápidamente un agente floculante en suspensiones acuosas, tales como suspensiones de minerales, para conseguir la separación de los sólidos de un líquido en las suspensiones. En particular, esta invención se refiere a los métodos para invertir rápidamente un agente floculante líquido en línea sin desestabilizar significativamente la emulsión que contiene agente floculante. Los métodos emplean la combinación sinérgica de un agente tensioactivo presente en la emulsión que contiene agente floculante con un elevado esfuerzo cortante proporcionado mediante, por ejemplo, un mezclador en línea, para hacer que se libere el floculante por la inyección o adición directa a una aplicación de separación de sólidos y líquido.

La presente invención tiene aplicación en, por ejemplo, operaciones de procesamiento de minería y de minerales, fabricación de pasta y papel, procesos de recuperación, tratamiento de residuos, y en cualquier otra aplicación adecuada que requiera de separación sólido-líquido.

Antecedentes de la invención

Una serie de procesos industriales, que incluyen operaciones de minería y de minerales, dependen de manera convencional de agentes floculantes para ayudar a separar los sólidos inorgánicos y orgánicos de las suspensiones de modo que se pueda reciclar el agua de proceso. Los agentes floculantes son en general materiales polímeros orgánicos, que funcionan agregando los sólidos, ya sea por mecanismos de neutralización de carga o por mecanismos de puenteo, de modo que sedimentan en la suspensión, lo que tiene como resultado una capa de sólidos sedimentados y un líquido clarificado, siendo éste último apto para ser reciclado al proceso. Los agentes floculantes están disponibles comercialmente como emulsiones de agua-en-aceite con los materiales polímeros floculantes enrollados dentro de la fase acuosa.

Sin embargo, antes de que el agente floculante pueda actuar sobre los sólidos en la suspensión, la emulsión debe sufrir una inversión - un proceso en donde la fase mayoritaria de la emulsión se invierte del aceite al agua y el material polímero floculante se libera en un sistema acuoso donde pueda ejercer su actividad floculante. La inversión requiere generalmente añadir un agente tensioactivo al agua y agitar la mezcla resultante hasta que se invierte la fase de aceite. La inversión se completa cuando el agente floculante polimérico se ha liberado en el agua.

Por lo general, el proceso de inversión consume mucha mano de obra y tiempo, ya que requiere de una hora o más para completarlo usando equipamiento especializado -tales como tanques, alimentadores y bombas- y mano de obra para pesar cuidadosamente los componentes y controlar el proceso.

El Documento de Patente de los EE.UU. de número 3.734.873 de Anderson et al. describe un método para disolver más rápidamente en el agua materiales polímeros de adición de vinilo solubles en agua que la forma sólida del polímero. El método comprende preparar una emulsión de agua-en-aceite que incluye un agente tensioactivo y que se invierte en una hora de estar sometida a agitación. El Documento de Patente de los EE.UU. de número 5.679.740 de Heitner enseña el uso de nonil- fenoles y alcoholes etoxilados carboxilados como agentes de inversión estables mecánicamente para materiales polímeros de emulsión. Las emulsiones de Heitner se invierten después de ser "agitadas" con un agitador de paletas durante al menos cinco minutos. Sin embargo, ninguno de estos métodos alcanza una inversión casi inmediata. Tampoco estos métodos mencionan niveles de uso o condiciones de alto esfuerzo cortante o la inyección directa del material polímero a una aplicación dada. Tampoco estos métodos eliminan la mano de obra, el tiempo o el equipo requerido por los métodos convencionales.

El Documento de Patente de los EE.UU. de número 5.530.069 de Neff et al. describe métodos para hacer y usar un agente floculante que comprende materiales polímeros de acrilamida parcialmente hidrolizados "de alto peso molecular". El Documento de Patente de los EE.UU. de número 3.624.019 de Anderson et al. describe que la adición de materiales polímeros de vinilo solubles en agua y gomas al agua puede tener como resultado una rápida disolución o dispersión. El Documento de Patente de los EE.UU. de número 4.051.065 de Venema describe como facilitar la inversión de emulsiones de agua-en-aceite en presencia de un agente tensioactivo mientras se hace pasar una corriente confinada de la mezcla resultante por un camino tortuoso para así producir la turbulencia suficiente para producir la inversión.

De ese modo, existe una continua necesidad de un método de invertir y dispersar rápidamente un agente floculante emulsionado en una aplicación de separación sólido-líquido.

Resumen de la invención

Esta invención se dirige a un método para invertir rápidamente y casi inmediatamente una emulsión que contiene un agente floculante mediante el uso sinérgico de un flujo turbulento y de un agente tensioactivo presente en la emulsión.

En su aspecto principal, se proporciona un método para invertir rápidamente en 5-60 segundos una emulsión que contiene agente floculante para la separación de sólidos y líquido en suspensiones acuosas. El método comprende:

(a) dosificar agua con una cantidad eficaz de agente floculante de al menos una emulsión de agua-en-aceite que comprende al menos un agente floculante, al menos un agente tensioactivo hidrófilo, y al menos uno de aceite de cáscara de cítrico, o aceite de pino, variando dicha cantidad eficaz de agente floculante de 0, 0025 a 0, 8 por ciento, sobre una base de polímero activo, en peso del agua, y estando presente dicho agente tensioactivo en la emulsión a una concentración de desde 1 a 10 por ciento, en peso;

(b) someter al agua y al agua que contiene la emulsión a un elevado esfuerzo cortante, que comprende un flujo inverso turbulento, a una presión suficiente y durante un tiempo suficiente para la al menos única emulsión para invertir y liberar el al menos único agente floculante en el agua; y

(c) añadir el al menos único agente floculante liberado en una suspensión acuosa para la separación de los sólidos del agua en la suspensión.

En su segundo aspecto, la invención es un método de invertir in situ rápidamente en 5-60 segundos una emulsión que contiene agente floculante para liberar el agente floculante directamente en una aplicación de separación sólidos/líquido. El método comprende: (a) añadir a una suspensión acuosa una cantidad eficaz de agente floculante de al menos una emulsión de agua-en-aceite que comprende al menos un material polímero floculante soluble en agua, al menos un agente tensioactivo hidrófilo, y al menos uno de aceite de cáscara de cítrico o aceite de pino, siendo dicha cantidad eficaz de agente floculante al menos 0, 025 partes por millón, sobre una base de polímero activo, en peso de la suspensión, siendo el agente floculante un material polímero seleccionado del grupo que consiste en materiales copolímeros, materiales homopolímeros, y materiales terpolímeros que comprenden de 0, 01 a 100 por ciento en moles de un material monómero funcional que contiene vinilo y con una viscosidad específica reducida de desde 1 a 50 decilitros por gramo; y (b) someter a la suspensión y a la al menos única emulsión a elevado esfuerzo cortante durante tiempo suficiente y a presión suficiente de tal modo que la al menos única emulsión se invierta in situ y el al menos único agente floculante se libere en la suspensión para la separación sólidos/líquido.

El agente floculante puede ser acrilamida o acrilato de sodio.

Breve descripción de las figuras La Figura 1 es un gráfico que ilustra el efecto de la cantidad de esfuerzo cortante sobre la velocidad de sedimentación de los sólidos en una suspensión de carbón.

La Figura 2 es un gráfico que ilustra la capacidad de inversión de los productos floculantes que contienen diversas mezclas de agentes tensioactivos.

Descripción detallada de la invención Para los propósitos de la presente solicitud de patente, los siguientes términos tienen las definiciones indicadas a continuación:

"Íridos" se refiere a una mezcla de arena y grava.

"Alquilo" significa un radical de hidrocarburo saturado completamente de desde aproximadamente 1 a aproximadamente 40 átomos... [Seguir leyendo]

1. Un método de invertir rápidamente en 5-60 segundos una emulsión que contiene agente floculante para la separación de los sólidos y líquido en suspensiones acuosas, comprendiendo el método:

(a) dosificar agua con una cantidad eficaz de agente floculante de al menos una emulsión de agua-en-aceite que comprende al menos un agente floculante, al menos un agente tensioactivo hidrófilo, y al menos uno de aceite de cáscara de cítrico o de aceite de pino, variando dicha cantidad eficaz de agente floculante de 0, 0025 a 0, 8 por ciento, sobre una base de polímero activo, en peso del agua, y estando presente dicho agente tensioactivo en la emulsión a una concentración de desde 1 a 10 por ciento, en peso;

(b) someter al agua y al agua que contiene la emulsión a un elevado esfuerzo cortante, que comprende un flujo inverso turbulento, a una presión suficiente y durante un tiempo suficiente para la al menos única emulsión para invertir y liberar el al menos único agente floculante en el agua; y

(c) añadir el al menos único agente floculante liberado en una suspensión acuosa para la separación de sólidos del agua en la suspensión.

2. El método de la Reivindicación 1, en donde el agente floculante es un material polímero seleccionado del grupo que consiste en materiales copolímeros, materiales homopolímeros, y materiales terpolímeros que comprenden de 0, 01 a 100 por ciento en moles de un material monómero funcional que contiene vinilo.

3. El método de la Reivindicación 2, en donde el material monómero funcional que contiene vinilo se selecciona del grupo que consiste en acrilamida, cloruro de dialildimetilamonio, ácido acrílico y sus sales, ácido metacrílico y sus sales, cloruro de dimetilaminoetilacrilato metil- cuaternario, cloruro de dimetilaminoetilmetacrilato metil- cuaternario, ácido 2-acrilamido-2-metil propano sulfónico y sus sales, cloruro de acrilamido propil-trimetilamonio, cloruro de metacrilamido propil- trimetil- amonio, y las aminas preparadas por la reacción de Mannich.

4. El método de la Reivindicación 1, en donde el agente floculante tiene una viscosidad específica reducida de desde 1 a 50 decilitros por gramo.

5. El método de la Reivindicación 1, en donde el agente floculante tiene un peso molecular de desde 250.000 a 30.000.000.

6. El método de la Reivindicación 1, en donde la emulsión contiene de 5 a 70 por ciento de agente floculante, en peso, sobre una base de polímero activo.

7. El método de la Reivindicación 1, en donde el agente tensioactivo se selecciona del grupo que consiste en agentes tensioactivos aniónicos, catiónicos, no iónicos, o anfóteros con un valor de HLB de desde 10 a 30.

8. El método de la Reivindicación 1, en donde el agente tensioactivo incluye al menos un agente tensioactivo seleccionado del grupo que consiste en octil- fenol etoxilado y etoxilato de alcohol lineal.

9. El método de la Reivindicación 8, en donde el agente tensioactivo es octil- fenol etoxilado.

10. El método de la Reivindicación 1, en donde el aceite de cáscara de cítrico se selecciona del grupo que consiste en aceite de naranja, aceite de limón, aceite de pomelo, y aceite de lima.

11. El método de la Reivindicación 1, en donde la emulsión se dosifica en línea en el agua.

12. El método de la Reivindicación 1, en donde el esfuerzo cortante es un flujo inverso turbulento producido por un dispositivo de inversión en línea.

13. El método de la Reivindicación 1, en donde el agente floculante se añade para promover la separación de los sólidos del agua, en donde los sólidos se seleccionan del grupo que consiste en carbón, carbón limpio, bauxita, mineral de hierro, mineral de cobre, arena, grava, arcilla, polvo, plomo / zinc, roca de fosfato, taconita, berilio, trona, caolín, dióxido de titanio, uranio, y metales preciosos.

14. Un método de invertir in situ rápidamente en 5-60 segundos una emulsión que contiene agente floculante para liberar el agente floculante directamente en una aplicación de separación sólidos/líquido, comprendiendo el método:

(a) añadir a una suspensión acuosa una cantidad eficaz de agente floculante de al menos una emulsión de agua-en-aceite que comprende al menos un material polímero floculante soluble en agua, al menos un agente tensioactivo hidrófilo, y al menos uno de aceite de cáscara de cítricos o aceite de pino, siendo dicha cantidad eficaz de agente floculante al menos 0, 025 partes por millón, sobre una base de polímero activo, en peso de la suspensión, siendo el agente floculante un material polímero seleccionado del grupo que consiste en materiales copolímeros, materiales homopolímeros y materiales terpolímeros que comprenden de 0, 01 a 100 por ciento en

moles de un material monómero funcional que contiene vinilo y con una viscosidad específica reducida de desde 1 a 50 decilitros por gramo; y

(b) someter a la suspensión y a la al menos única emulsión a elevado esfuerzo cortante durante tiempo suficiente y a presión suficiente de tal manera que la al menos única emulsión se invierte in situ y el al menos único agente floculante se libera en la suspensión para la separación sólidos/líquido.

15. El método de la Reivindicación 14, en donde la emulsión contiene agente tensioactivo a una concentración de desde 1 por ciento a 10 por ciento, en peso.

16. El método de la Reivindicación 15 en donde la emulsión se alimenta en línea a la suspensión.