Producción de carbonato de calcio.

Un método para producir carbonato de calcio a partir de cal que comprende las etapas de:

(i) proporcionar una solución acuosa que comprende de un 10 % a un 35 % en peso de compuesto de polihidroxidisuelto y de un 1 % a un 5 % en peso de hidróxido de calcio disuelto (expresado como Ca(OH)2) y que tiene unpH de al menos 11,5;

(ii) tratar la solución preparada en la etapa (i) para retirar sólidos incluyendo sólidos suspendidos;

(iii) dispersar dióxido de carbono a través de la solución en forma de carbonato de calcio con una reducciónconsiguiente del pH de la mezcla de reacción;

(iv) durante un período de tiempo que se inicia al comienzo de una aumento corto y repentino del pH y quefinaliza tras una disminución posterior del pH pero antes de que el pH alcance 9,5, terminar la dispersión dedióxido de carbono y añadir un reactivo alcalino para mantener un pH para la mezcla producto de al menos 9,5; y

(v) recuperar carbonato de calcio precipitado.

Producción de carbonato de calcio Campo de la invención La presente invención se refiere a un método para producir carbonato de calcio a partir de cal que se usa para producir una solución de iones de calcio a la cual se añade dióxido de carbono para precipitar carbonato de calcio.

El carbonato de calcio tiene una amplia variedad de usos. Por ejemplo, se usa ampliamente como carga funcional en materiales tales como pinturas, papel, revestimientos, plásticos, sellantes y tintas. Otras aplicaciones de carbonato de calcio son en alimentos, productos cosméticos e industrias farmacéuticas.

El carbonato de calcio es un mineral de origen natural que después de molienda se usa para un número de aplicaciones. Es decir, la morfología, el tamaño de partícula, y la distribución de tamaño de partícula del producto molido así como su pureza no son adecuados para determinadas aplicaciones ni resultan óptimos para otras.

También se puede obtener carbonato de calcio por medio de una "ruta química" en la cual se añade dióxido de carbono a una solución de iones de calcio, dando como resultado la precipitación de carbonato de calcio. El material de partida para dichos proceso es normalmente cal (CaO) o hidróxido de cal (Ca (OH) 2) . El proceso "clásico" usa CaO como material de partida. Inicialmente, la cal se apaga con agua para producir una suspensión acuosa de hidróxido de cal ("cal apagada") .

CaO + H2O = Ca (OH) 2 25 a la cual se añade dióxido de carbono para producir carbonato de calcio de acuerdo con la siguiente ecuación:

Ca (OH) 2 + CO2 = CaCO3 + H2O

No obstante, existe una desventaja asociada al proceso "clásico" en el que Ca (OH) 2 tiene una solubilidad en agua muy limitada de manera que el proceso total es relativamente lento.

En un desarrollo del proceso anterior se prepara una solución de iones calcio disolviendo la cal o hidróxido de cal en una solución acuosa que incorpora un compuesto de polihidroxi que sirve para facilitar la disolución de iones de calcio. Como resultado de ello, el proceso de carbonatación es más rápido. Se pueden usar diferentes compuestos de polihidroxi para este fin. Por ejemplo, el documento WO-A-0034182 (Kemgas Ltd) describe el uso de compuestos de polihidroxi de fórmula HOCH2 (CHOH) nCH2OH en el que n es de 1 a 6 , siendo sorbitol el ejemplo preferido. Otros compuestos de polihidroxi que se pueden usar para facilitar la disolución de la cal o hidróxido de cal (para producir una solución de ión de calcio a la cual se añade dióxido de carbono para precipitar dióxido de carbono) incluyen sacarosa.

La producción de carbonato de calcio usando el proceso descrito en el documento WO-A-0034182 tiene la ventaja particular de que la cal o hidróxido de cal puede ser un residuo, subproducto de otro proceso químico, de manera que su conversión en carbonato de calcio permite generar un material útil a partir de algo que, de lo contrario, sería 45 un residuo. De este modo, por ejemplo, la cal residual puede ser cal de carburo que es un subproducto de la producción de acetileno por medio de reacción de carburo de calcio y agua de acuerdo con la ecuación CaC2 + 2H2O → Ca (OH) 2 + C2H2

Se conoce la cal de carburo como lodo de carburo, suspensión de generador, lodo de cal, hidrato de cal y cal de carburo hidratada. Normalmente, es una sustancia gris-negra que consiste en aproximadamente 90 % en peso de hidróxido de calcio (basada en el contenido de sólidos de la cal de carburo) , siendo el resto impurezas que dependen del método usado para fabricar acetileno y también de la fuente de los materiales usados para fabricar el carburo de calcio (normalmente preparado a partir de tostación de óxido de calcio y carbón) . Las impurezas 55 principales son óxidos de silicio, hierro, aluminio, magnesio y manganeso combinados con carbono, ferrosilicio y sulfato de calcio. De manera adicional, si se almacena la cal de carburo en exteriores, puede estar presente en forma de impureza carbonato de calcio, formado por reacción de hidróxido de calcio con dióxido de carbono. La conversión de cal de carburo en carbonato de calcio se describe en el documento WO-A-0034182 (Kemgas Ltd.) .

El dióxido de carbono requerido para la precipitación de carbonato de calcio a partir de la solución de iones de calcio puede también ser un material residual cuyas necesidades de descarga se tienen que controlar por motivos ambientales (es un "gas de efecto invernadero" bien conocido) de manera que se pueda capturar de manera eficaz por medio de conversión en carbonato de calcio.

La producción de carbonato de calcio a partir de cal residual o hidróxido de cal y dióxido de carbono, por tanto, representa un proceso atractivo desde el punto de vista ambiental.

Existen varias desventajas asociadas a la producción de carbonato de calcio por medio de carbonatación de una solución de iones de calcio obtenida a partir de cal o su hidróxido usando el proceso "clásico". Estas se describen a continuación con referencia específica a la cal, aunque se apreciará que las mismas desventajas son inherentes al uso de hidróxido de cal como material de partida.

En primer lugar, el carbonato de calcio producido a partir de cal puede incorporar de manera inaceptable niveles elevados de impurezas procedentes de ésta última. Existen al menos dos fuentes de dichas impurezas en la cal. Una fuente es "de origen natural" ya que la propia cal (normalmente) procede de una fuente mineral de carbonato de calcio (por ejemplo, caliza, dolomita, etc.) y dichos minerales incluyen impurezas que permanecen en la cal. Otra fuente (posible) de impurezas de la cal hace referencia particularmente al caso de hidróxido de cal y que surge de una reacción química por medio de la cual se ha producido hidróxido de cal (por ejemplo, la cal de carburo puede incorporar impurezas a partir del carbono usado en la producción de carburo de calcio) . Cualquiera que sea la fuente, ejemplos de impurezas presentes en el producto de carbonato de calcio obtenido por medio de carbonatación de una solución de iones calcio procedentes de cal o hidróxido de cal pueden incluir aluminio,

arsénico, plomo, hierro, mercurio, cromo, níquel cobre y/o cinc. Algunas de estas impurezas dan como resultado carbonato de calcio inapropiado para determinadas aplicaciones (por ejemplo, alimentos y usos farmacéuticos) debido a cuestiones de toxicidad. Otras impurezas (por ejemplo, hierro) que, sin ser necesarias son tóxicas, pueden afectar a las propiedades tales como "blancura" del carbonato de calcio de manera que no resulte apropiado, por ejemplo, para su uso como revestimiento en papeles de alta calidad.

En segundo lugar, el carbonato de calcio producido por medio del proceso clásico que implica la adición de dióxido de carbono a una suspensión de cal apagada puede tener tamaños y formas de partícula irregulares y las partículas pueden formar aglomerados en lugar de permanecer en forma de partículas discretas. Los tamaños de partícula irregulares provocan problemas en las aplicaciones tales como polímeros, sellantes, pinturas decorativas,

revestimientos industriales, tintas y papel de revestimiento.

En tercer lugar, para determinadas aplicaciones, el proceso convencional, debido a los tamaños de partícula irregulares, requiere molienda posterior del producto. La molienda consume energía y siempre crea una cierta cantidad de partículas finas lo que puede resultar negativo y son difíciles de retirar.

Por tanto, es un objetivo de la presente invención obviar o mitigar las desventajas mencionadas anteriormente.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para producir carbonato de calcio a partir de cal que comprende las etapas de:

(i) proporcionar una solución acuosa que comprende de un 10 % a un 35 % en peso de compuesto de polihidroxi disuelto y de un 1 % a un 5 % en peso de hidróxido de calcio disuelto (expresado como Ca (OH) 2) y que tiene un pH de al menos 11, 5;

(ii) tratar la solución preparada en la etapa (i) para retirar sólidos incluyendo sólidos suspendidos;

(iii) dispersar dióxido de carbono a través de la solución en forma de carbonato de calcio con una reducción consiguiente del pH de la mezcla de reacción;

(iv) durante un período de tiempo que se inicia al comienzo de una aumento corto y repentino de pH y que finaliza tras una disminución posterior de pH pero antes de que el pH alcance 9, 5, terminar la dispersión de dióxido de carbono y añadir un reactivo alcalino para mantener un pH de la mezcla producto de al menos 9, 5; y

(v) recuperar carbonato de calcio precipitado.

Los inventores han establecido que la reacción de carbonatación... [Seguir leyendo]

1. Un método para producir carbonato de calcio a partir de cal que comprende las etapas de:

(i) proporcionar una solución acuosa que comprende de un 10 % a un 35 % en peso de compuesto de polihidroxi disuelto y de un 1 % a un 5 % en peso de hidróxido de calcio disuelto (expresado como Ca (OH) 2) y que tiene un pH de al menos 11, 5;

(ii) tratar la solución preparada en la etapa (i) para retirar sólidos incluyendo sólidos suspendidos;

(iii) dispersar dióxido de carbono a través de la solución en forma de carbonato de calcio con una reducción consiguiente del pH de la mezcla de reacción;

(iv) durante un período de tiempo que se inicia al comienzo de una aumento corto y repentino del pH y que finaliza tras una disminución posterior del pH pero antes de que el pH alcance 9, 5, terminar la dispersión de dióxido de carbono y añadir un reactivo alcalino para mantener un pH para la mezcla producto de al menos 9, 5; y

(v) recuperar carbonato de calcio precipitado. 15

2. Un método según la reivindicación 1, en el que en la etapa (i) dicha solución acuosa comprende de un 20 % a un 30 % en peso de compuesto de polihidroxi disuelto y de un 2 a un 4, 5 % en peso de hidróxido de calcio disuelto (expresado como Ca (OH) 2) .

3. Un método según la reivindicación 2, en el que en la etapa (i) dicha solución acuosa comprende de un 23 % a un 27 % en peso de compuesto de polihidroxi disuelto y de un 3 % a un 4 % en peso de hidróxido de calcio disuelto (expresado como Ca (OH) 2) .

4. Un método según la reivindicación 3, en el que en la etapa (i) dicha solución acuosa comprende aproximadamente

un 25 % en peso de compuesto de polihidroxi disuelto y de un 3, 4 % a un 3, 9 % de hidróxido de calcio disuelto (expresado como Ca (OH) 2) .

5. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que en la etapa (iii) del método la cantidad de dióxido de carbono dispersado a través de la solución es al menos la cantidad estequiométrica necesaria para convertir el calcio disuelto en carbonato de calcio.

6. Un método según la reivindicación 5, en el que durante la etapa (iii) existe una transición desde una primera fase de reacción hasta una segunda fase de reacción marcada por una disminución en la tasa con la cual la mezcla de reacción es capaz de absorber dióxido de carbono y en la que de un 70 % a un 85 % en peso de la cantidad total de

la cantidad estequiométrica de dióxido de carbono se dispersa en la primera fase de reacción y el resto se dispersa en la segunda fase de reacción.

7. Un método según la reivindicación 5, en el que durante la etapa (iii) existe una transición desde una primera fase de reacción hasta una segunda fase de reacción marcada por la formación de un gel y en la que de un 70 % a un 85 % en peso de la cantidad total de la cantidad estequiométrica de dióxido de carbono se dispersa en la primera fase de reacción y el resto se dispersa en la segunda fase de reacción.

8. Un método según la reivindicación 6 o 7 en el que en la primera fase de reacción el dióxido de carbono se

dispersa a la tasa máxima a la cual puede ser absorbido por parte de la mezcla de reacción. 45

9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en el que en la etapa (iv) el aumento repentino y corto del pH comienza a un valor del pH de 10, 2 a 10, 8.

10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que en la etapa (iv) el agente alcalino proporciona un pH para la mezcla de producto de al menos 10.

11. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el compuesto de polihidroxi tiene la fórmula

HOCH2 (CHOH) nCH2OH

en el que n es de 1 a 6.

12. Un método según la reivindicación 11, en el que el compuesto de polihidroxi es sorbitol.

13. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el agente alcalino se prepara de acuerdo con el procedimiento de las etapas (i) y (ii) como se ha definido anteriormente.

14. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la solución de compuesto de

polihidroxi separado del carbonato de calcio en la etapa (v) se trata con dióxido de carbono para reducir su pH hasta un valor de menos de 8 y se recicla la solución tratada a la etapa (i) del método.

15. Un método según la reivindicación 14, en el que la solución de compuesto de polihidroxi se concentra adicionalmente por medio de evaporación antes del reciclaje a la etapa (i) del método.