Procedimiento para preparar material mineral de superficie modificada, productos resultantes y usos del mismo.

Procedimiento para modificar al menos parte de la superficie de al menos un material mineral,

que comprende lassiguientes etapas:

etapa a) proporcionar al menos un material mineral en forma de una suspensión o torta acuosa, teniendo dichasuspensión o torta un pH de entre 5 y 10;

etapa b) añadir al menos un agente a dicho(s) material(es) mineral(es) de la etapa a);

etapa c) obtener una suspensión de dicho(s) material(es) mineral(es) que tiene un pH que es menor de 10 y que esmayor de 7 si el punto isoeléctrico de dicho material mineral de la etapa a) es mayor de 7 y que es mayor que elpunto isoeléctrico de dicho material mineral de la etapa a) si dicho punto isoeléctrico es de 7 o inferior;

caracterizado porque:

- dicho agente:

• está en forma de una disolución acuosa o un coloide acuoso estable que tiene un pH de menos de 6;

%bull; se forma mezclando, en un entorno acuoso, al menos un compuesto que comprende ácido fosfónico con uno omás cationes metálicos o compuestos catiónicos que comprenden metal, en el que dicho metal se selecciona delgrupo que consiste en: aluminio, zirconio, zinc, cobalto, cromo, hierro, cobre, estaño, titanio y mezclas de losmismos, y en el que dicho compuesto que comprende ácido fosfónico y dichos cationes metálicos o compuestoscatiónicos que comprenden metal se dosifican de tal manera que la razón molar de grupos hidroxilo delfosfonato:catión metálico o compuesto catiónico que comprende metal es de desde 10:1 hasta 2:1; y

• se proporciona en la etapa b) en una cantidad que corresponde a desde el 0,1 hasta el 5% en peso seco enrelación con el peso seco de material mineral,

en el que dicho material mineral es un material mineral que comprende calcio y/o magnesio.

Procedimiento para preparar material mineral de superficie modificada, productos resultantes y usos del mismo La presente invención se refiere al campo de las tecnologías que se ponen en práctica para modificar la superficie de materiales minerales, particularmente con el fin de facilitar la eliminación de agua de los mismos y su aplicación tras la eliminación de agua.

Un primer objeto de la presente invención se refiere a un procedimiento para modificar al menos parte de la superficie de al menos un material mineral, que comprende las siguientes etapas:

etapa a) proporcionar al menos un material mineral en forma de una suspensión o torta acuosa, teniendo dicha suspensión o torta un pH de entre 5 y 10;

etapa b) añadir al menos un agente a dicho (s) material (es) mineral (es) de la etapa a) ;

etapa c) obtener una suspensión de dicho (s) material (es) mineral (es) que tiene un pH que es menor de 10 y que es mayor de 7 si el punto isoeléctrico de dicho material mineral de La presente invención se refiere al campo de las tecnologías que se ponen en práctica para modificar la superficie de materiales minerales, particularmente con el fin de facilitar la eliminación de agua de los mismos y su aplicación tras la eliminación de agua.

Un primer objeto de la presente invención se refiere a un procedimiento para modificar al menos parte de la superficie de al menos un material mineral, que comprende las siguientes etapas:

etapa a) proporcionar al menos un material mineral en forma de una suspensión o torta acuosa, teniendo dicha suspensión o torta un pH de entre 5 y 10;

etapa b) añadir al menos un agente a dicho (s) material (es) mineral (es) de la etapa a) ;

etapa c) obtener una suspensión de dicho (s) material (es) mineral (es) que tiene un pH que es menor de 10 y que es mayor de 7 si el punto isoeléctrico de dicho material mineral de la etapa a) es mayor de 7 y que es mayor que el punto isoeléctrico de dicho material mineral de la etapa a) si dicho punto isoeléctrico es de 7 o inferior;

caracterizado porque:

-dicho agente:

o está en forma de una disolución acuosa o un coloide acuoso estable que tiene un pH de menos de 6;

o se forma mezclando, en un entorno acuoso, al menos un compuesto que comprende ácido fosfónico con uno o más cationes metálicos o compuestos catiónicos que comprenden metal, en el que dicho metal se selecciona del grupo que consiste en: aluminio, zirconio, zinc, cobalto, cromo, hierro, cobre, estaño, titanio y mezclas de los mismos, y en el que dicho compuesto que comprende ácido fosfónico y dichos cationes metálicos o compuestos catiónicos que comprenden metal se dosifican de tal manera que la razón molar de grupos hidroxilo del fosfonato:catión metálico o compuesto catiónico que comprende metal es de desde 10:1 hasta 2:1; y

o se proporciona en la etapa b) en una cantidad que corresponde a desde el 0, 1 hasta el 5% en peso seco en relación con el peso seco de material mineral,

en el que dicho material mineral es un material mineral que comprende calcio y/o magnesio.

Un segundo objeto de la presente invención es un producto obtenido mediante el procedimiento de la invención.

Un tercer objeto de la presente invención es un procedimiento en el que se elimina agua del producto obtenido mediante el procedimiento de la invención, en forma de una suspensión, para formar una torta de filtro o de centrífuga de bajo volumen.

Un cuarto objeto de la presente invención se refiere al uso, como aditivo en una suspensión acuosa de materiales minerales que tiene un pH de entre 5 y 10, de al menos un agente

o en forma de una disolución acuosa o un coloide acuoso estable que tiene un pH de menos de 6;

o formado mezclando, en un entorno acuoso, al menos un compuesto que comprende ácido fosfónico con uno o más cationes metálicos o compuestos catiónicos que comprenden metal, en el que dicho metal se selecciona del grupo que consiste en: aluminio, zirconio, zinc, cobalto, cromo, hierro, cobre, estaño, titanio y mezclas de los mismos, y en el que dicho compuesto que comprende ácido fosfónico y dichos cationes metálicos o compuestos catiónicos que comprenden metal se dosifican de tal manera que la razón molar de grupos hidroxilo del fosfonato:catión metálico o compuesto catiónico que comprende metal es de desde 10:1 hasta 2:1; y

o en una cantidad que corresponde a desde el 0, 1 hasta el 5% en peso seco en relación con el peso seco de mineral,

caracterizado porque este aditivo conduce a la formación de una torta de sedimentación o de centrífuga o de filtro de bajo volumen, de alto contenido en sólidos al eliminar agua de la suspensión Para el fin de la presente invención, el punto isoeléctrico de un material mineral es el pH al cual la superficie de material mineral no porta carga y se evalúa mediante el método de medición proporcionado en la sección de ejemplos a continuación en el presente documento.

Para el fin de la presente solicitud, los ácidos fosfónicos comprenden al menos un grupo -PO (OH) 2, estando unido (s) este/estos grupo (s) a la molécula restante por medio de un enlace P-C covalente. El ácido fosfónico puede ser no polimérico, o pueden aparecer grupos ácido fosfónico colgantes a lo largo de cadenas de polímero, por ejemplo introducidos en éstas por medio de monómeros que comprenden grupos ácido fosfónico.

Para el fin de la presente solicitud, el pH en equilibrio de un material mineral se mide a 25ºC según el método de medición proporcionado en la sección de ejemplos a continuación en el presente documento. Todos los demás valores de pH también se miden a 25ºC según el método de medición proporcionado en la sección de ejemplos a continuación en el presente documento.

Para ajustar el contenido en sólidos de una suspensión acuosa que comprende material mineral o, más comúnmente, para limitar los costes de transporte relacionados con el volumen o el peso, a menudo se elimina parcial o completamente el agua de las suspensiones acuosas que comprenden material mineral mediante un procedimiento de filtración, centrifugación o evaporación.

Los procedimientos de filtración sirven para separar el líquido de los componentes sólidos interponiendo un medio a través del cual sólo puede pasa el líquido. El paso del líquido a través del medio puede asistirse por la aplicación de presión sobre la suspensión en la dirección del medio de filtración, o mediante la creación de vacío aguas abajo del filtro.

Incluso cuando la filtración se realiza hasta un grado en el que no pasa más líquido a través del medio de filtración, el material sólido retenido en el filtro todavía puede comprender una fracción de líquido. La reducción del contenido en humedad de un material mineral filtrado y el aumento de la compacidad de la torta puede ser deseable por muchas razones, que incluyen: recuperación mejorada desde la cámara del filtro, reducción en los costes de transporte y manipulación y reducción del coste energético de secado térmico posterior.

Por otro lado, después de la recuperación de material mineral en forma de una torta tras una etapa de filtración, este material debe presentar determinadas características. Si va a volver a introducirse en un entorno acuoso, el material mineral debe poder humectarse rápidamente. Si tiene que tener lugar cualquier reacción en la superficie del material mineral, este entorno de superficie debe estar adaptado para soportar estas reacciones.

El solicitante ha identificado que el material mineral recuperado en un filtro tras la filtración de una suspensión acuosa de este material mineral retiene agua según los siguientes mecanismos.

En primer lugar, si las partículas de material mineral muestran cualquier poro, puede retenerse agua en el volumen de poro de este material. El agua de este tipo se denomina “agua de poro intraparticular”.

En segundo lugar, se conoce bien que los materiales minerales, tales como carbonato de calcio, desarrollan o mantienen una capa de hidratación superficial en presencia de humedad suficiente. El agua en esta capa de hidratación puede retenerse en la superficie mediante fuerzas de atracción localizadas, al orientarse las propias moléculas de agua para compensar las cargas positivas o negativas puntuales a lo largo de la superficie del material mineral, disminuyendo de este modo la energía superficial efectiva del material mineral. Se hace referencia a este respecto a la tesis doctoral titulada “Observation and Modelling of Fluid Transport into Porous Paper Coating Structures” del Dr. Joachim Schölkopf (University of Plymouth,... [Seguir leyendo]

1.Procedimiento para modificar al menos parte de la superficie de al menos un material mineral, que comprende las siguientes etapas:

etapa a) proporcionar al menos un material mineral en forma de una suspensión o torta acuosa, teniendo dicha suspensión o torta un pH de entre 5 y 10;

etapa b) añadir al menos un agente a dicho (s) material (es) mineral (es) de la etapa a) ;

etapa c) obtener una suspensión de dicho (s) material (es) mineral (es) que tiene un pH que es menor de 10 y que es mayor de 7 si el punto isoeléctrico de dicho material mineral de la etapa a) es mayor de 7 y que es mayor que el punto isoeléctrico de dicho material mineral de la etapa a) si dicho punto isoeléctrico es de 7 o inferior;

caracterizado porque:

- dicho agente:

o está en forma de una disolución acuosa o un coloide acuoso estable que tiene un pH de menos de 6;

o se forma mezclando, en un entorno acuoso, al menos un compuesto que comprende ácido fosfónico con uno o más cationes metálicos o compuestos catiónicos que comprenden metal, en el que dicho metal se selecciona del grupo que consiste en: aluminio, zirconio, zinc, cobalto, cromo, hierro, cobre, estaño, titanio y mezclas de los mismos, y en el que dicho compuesto que comprende ácido fosfónico y dichos cationes metálicos o compuestos catiónicos que comprenden metal se dosifican de tal manera que la razón molar de grupos hidroxilo del fosfonato:catión metálico o compuesto catiónico que comprende metal es de desde 10:1 hasta 2:1; y

o se proporciona en la etapa b) en una cantidad que corresponde a desde el 0, 1 hasta el 5% en peso seco en relación con el peso seco de material mineral,

en el que dicho material mineral es un material mineral que comprende calcio y/o magnesio.

2.Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha suspensión o torta de la etapa a) tiene un pH de entre 7 y 10. Incluso más preferiblemente, este pH se encuentra entre 8 y 9.

3.Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho material mineral es un carbonato y/o yeso y/o dolomita, y preferiblemente es un carbonato.

4.Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho material mineral se selecciona del grupo que consiste en dolomita, carbonato de calcio, filosilicatos que comprenden elementos del grupo IIA y/o IIIA tales como montmorillonita y talco, magnesita, clorita que comprende magnesio, arcilla de caolín y mezclas de los mismos.

5.Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho material mineral es un carbonato de calcio.

6.Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha suspensión o torta acuosa de la etapa a) comprende menos del 0, 1% en peso, basándose en el peso de material mineral seco, de un dispersante basado en poliacrilato.

7.Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicho material mineral tiene un área superficial específica BET de entre 5 y 150 m2/g, preferiblemente de entre 5 y 60 m2/g, y más preferiblemente de entre 10 y 50 m2/g.

8.Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dicho material mineral tiene una mediana ponderada del diámetro (d50) de entre 0, 2 y 5 µm, y preferiblemente de entre 0, 5 y 2 µm.

9.Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicha suspensión acuosa tiene un contenido en sólidos de desde el 1 hasta el 85% en peso, y preferiblemente de entre el 10 y el 80% en peso, basándose en el peso de la suspensión.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicha torta tiene un contenido en sólidos de entre el 20 y el 80%, preferiblemente de entre el 40 y el 75% en peso, e incluso más preferiblemente de entre el 50 y el 70% en peso, basándose en el peso de la torta.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dicho agente se dosifica en una cantidad que corresponde a desde 0, 1 hasta 0, 75 mg en peso seco de agente por m2 de la superficie total del material mineral.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dicho agente se dosifica preferiblemente en una cantidad que corresponde a desde el 0, 15 hasta el 0, 75%, e incluso más preferiblemente desde el 0, 15 hasta el 0, 5% en peso seco en relación con el peso seco de material mineral.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque dicho agente se proporciona en forma de una disolución acuosa que tiene un pH de entre 0 y 5, y más preferiblemente de entre 0, 5 y 4, 5.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dicho compuesto que comprende ácido fosfónico es un ácido alquildifosfónico, siendo el ácido 1-hidroxietano-1, 1-difosfónico (HEDP) un ácido alquildifosfónico particularmente preferido.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dicho compuesto que comprende ácido fosfónico es uno seleccionado de ácido metilendifosfónico (MDP) , ácido hidroximetilendifosfónico (HMDP) , ácido hidroxiciclometilendifosfónico (HCMDP) , ácido 1-hidroxi-3-aminopropano-1, 1-difosfónico (APD) , ácido aminotri (metilenfosfónico) (ATMP) , ácido dietilentriaminapenta (metilenfosfónico) (DTPMP) y ácido fosfonosuccínico (PSA) .

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el metal de dicho catión metálico o compuesto catiónico que comprende metal de la etapa b) se selecciona del grupo que consiste en: aluminio y zirconio.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque se añade una base (Base B) antes y/o después de dicho agente.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque la Base B se selecciona de entre silicato de sodio, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de litio, aluminato de sodio, polifosfatos básicos, fosfonatos básicos y mezclas de los mismos, y más preferiblemente es un polifosfato básico o un fosfonato básico, siendo dicho polifosfato básico preferiblemente un pirofosfato y especialmente una sal de potasio de pirofosfato, y siendo dicho fosfonato básico preferiblemente un compuesto alcalino de HEDP, tal como un compuesto de sodio y/o potasio y/o litio de HEDP.

19. Procedimiento según la reivindicación 17 ó 18, caracterizado porque la Base B se añade en una cantidad de más del o igual al 0, 1% en peso seco, y preferiblemente desde el 0, 2 hasta el 0, 5% en peso seco, en relación con el peso seco de material mineral.

20. Suspensión que puede obtenerse mediante el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19.

21. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque la suspensión de la etapa c) se filtra en un medio de filtración para formar una torta de filtro de material mineral de superficie modificada, se centrifuga para formar una torta de centrífuga de material mineral de superficie modificada o se concentra mediante métodos mecánicos o térmicos.

22. Torta de filtro o de centrífuga que puede obtenerse mediante el procedimiento según la reivindicación 21.

23. Material mineral de superficie modificada seco que puede obtenerse secando la suspensión según la reivindicación 20 o la torta de filtro o de centrífuga según la reivindicación 22.

24. Uso de la suspensión según la reivindicación 20, torta de filtro o de centrífuga según la reivindicación 22 o el material mineral de superficie modificada seco según la reivindicación 23 en papel, plásticos, sellantes, pinturas, hormigones o cosméticos.

25. Uso, como aditivo en una suspensión acuosa de materiales minerales que tiene un pH de entre 5 y 10, de al menos un agente:

o en forma de una disolución acuosa o un coloide acuoso estable que tiene un pH de menos de 6;

o formado mezclando, en un entorno acuoso, al menos un compuesto que comprende ácido fosfónico con uno o más cationes metálicos o compuestos catiónicos que comprenden metal, en el que dicho metal se selecciona del

grupo que consiste en: aluminio, zirconio, zinc, cobalto, cromo, hierro, cobre, estaño, titanio y mezclas de los mismos, y en el que dicho compuesto que comprende ácido fosfónico y dichos cationes metálicos o compuestos catiónicos que comprenden metal se dosifican de tal manera que la razón molar de grupos hidroxilo del fosfonato:catión metálico o compuesto catiónico que comprende metal es de desde 10:1 hasta 2:1; y

o en una cantidad que corresponde a desde el 0, 1 hasta el 5% en peso seco en relación con el peso seco de material mineral,

en el que el aditivo facilita de la eliminación de agua de la suspensión.