BRPI0619164A2 - processo para estabilizar anidrido iii solúvel metaestável,processo de preparação de um aglutinante hidráulico à base de anidrido iii solúvel estabilizado - Google Patents
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Abstract
Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo, tendo como objetivo um processo para estabilizar anidrido III solúvel metaestável assim como um processo de preparação de um aglutinante hidráulico à base de anidrido III solúvel estabilizado. Ela tem também como objetivo o aglutinante hidráulico obtido assim como a utilização deste aglutinante hidráulico na indústria cimentífera. Ela tem ainda como objetivo uma instalação industrial que permite a realização de um tal processo. De acordo com a invenção, o anidrido III solúvel metaestável é estabilizado pela aplicação de uma sujeição mecânica sobre as partículas de anidrido III solúvel metaestável de maneira a modificar sua estrutura cristalina e estabilizar sua fase metaestável. O objetivo da presente invenção é estabilizar partículas de anidrido III solúvel metaestável, sem precisar recorrer às etapas habituais de aquecimento seguido de uma têmpera das referidas partículas.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico À Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo"
Descrição
A invenção tem como objetivo um processo para estabilizar anidrido III solúvel metaestável assim como um processo de preparação de um aglutinante hidráulico à base de anidrido III solúvel estabilizado.
Ela tem também como objetivo o aglutinante hidráulico obtido assim como a utilização deste aglutinante hidráulico na indústria cimentífera.
Ela tem ainda como objetivo uma instalação industrial que permite a realização de tal processo.
A invenção refere-se ao campo técnico da indústria cimentífera e mais particularmente das composições cimentíferas procedentes da desidratação de sulfato de cálcio.
Os aglutinantes hidráulicos à base de anidrido III solúvel são bastante conhecidos pelos especialistas na técnica.
Uma desidratação forçada - de 220°C a 360°C - de sulfato de cálcio natural ou sintético (gesso) de fórmula (CaSO4, 2H20) ou hemihidratado (reboco) de fórmula (CaSO4, 1/2H20), leva à formação de anidrido III solúvel metaestável de fórmula (CaSO4, ε H2O) com ε de 0,1 a 0,2. Uma desidratação ainda mais forçada - a partir de cerca de 400°C - leva à formação de anidrido II (CaSO4, O H2O), muito levemente higroscópico.
O anidrido III solúvel metaestável sendo fortemente higroscópico, ele se reidrata rapidamente em hemihidrato, ou reboco β tradicional, e em seguida retorna ao estado de sulfato de cálcio em função da higrometria do ar. O especialista na técnica conhece principalmente através das patentes FR 2733496 (DUSSEL), FR 2767815 (COUTURIER), FR 2804423 (ENERGETIC INDUSTRIES INTERNATIONAL), WO 00/47531 (COUTURIER) ou ainda WO 2005/000766 (COUTURIER) processos de preparação de anidrido III solúvel estabilizado que compreendem as duas etapas sucessivas a seguir: a) cozimento de uma composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio (gesso natural ou sintético ou reboco) para formar anidrido III solúvel metaestável; b) têmpera térmica que permite estabilizar a fase metaestável do anidrido III.
Os processos da técnica anterior ensinam portanto ao especialista na técnica a aplicar uma sujeição térmica sobre as partículas de anidrido III de maneira a estabilizar sua fase metaestável. Este resfriamento brusco é particularmente importante, porque ele permite bloquear e fixar a estrutura cristalina das partículas de anidrido III para estabilizá-las. Este tipo de processo conhecido apresenta contudo inúmeros inconvenientes. Na verdade, o resfriamento geralmente é realizado pela injeção de ar frio e seco no interior da matéria. Parece que a qualidade das partículas de anidrido III estabilizadas não é regular, porque o resfriamento não é eficaz no conjunto das partículas.
Além disso, uma proporção de ar úmido presente no momento da etapa de resfriamento leva a uma reidratação do anidrido III metaestável em hemihidrato de sulfato de cálcio de modo que a proporção de anidrido III estabilizado obtida industrialmente não é muito elevada, a menos que a instalação seja complexa e dispendiosa. Igualmente, o aquecimento normalmente é realizado em fornos giratórios que necessitam de uma grande quantidade de energia para funcionar. Além disso, esses fornos giratórios têm uma inércia forte, isto é, é necessidade muito tempo para resfriá-los ou para fazê- los atingir a temperatura desejada. Por esses motivos, é difícil e caro em termos de tempo e energia, interromper a produção.
Tendo em vista os inconvenientes da técnica anterior, o problema técnico principal que a invenção pretende resolver é estabilizar de forma eficaz partículas de anidrido III solúvel metaestável, sem precisar recorrer ao resfriamento das referidas partículas.
A invenção tem também como objetivo oferecer um processo que permite preparar partículas de anidrido III estável, de realização simples e que não requer muita energia. Um outro objetivo da invenção é oferecer uma instalação industrial de construção simples e barata que permita realizar o processo.
A invenção tem ainda como objetivo fornecer um aglutinante hidráulico à base de anidrido III com bons desempenhos mecânicos.
Para resolver esses problemas técnicos, a requerente descobriu agora que a aplicação de uma sujeição mecânica sobre partículas de anidrido III metaestável permitia estabilizar de forma eficaz as referidas partículas.
No contexto da presente invenção, por "estável" entende- se o fato de que a cinética de reidratação da partícula de anidrido III é bastante reduzida. Desta maneira, o aglutinante hidráulico obtido pode ser guardado e conservado por um longo tempo sem sujeição particular, suas propriedades permanecendo praticamente constantes no tempo.
O documento MURAT, M.; EL HAJJOUJI, A.: «Activation of solids by mechanical grinding, concequences for calorimetric investigation on the hydration rate orthorhombíc anhydrite». THERMOCHIMICA ACTA, Vol. 85, 1985, páginas 119- 122, descreve um processo para melhorar a velocidade de hidratação do anidrido ortômbico compreendendo:
a) calcinação do pó de gesso durante 5 horas a 750°C para obter o anidrido CaSO4 ortorrômbico sintético com muitas irregularidades superficiais,
b) depois do resfriamento, o anidrido é micronizado mecanicamente em um triturador centrífuga de Fritsch por um período de 4 a 120 minutos.
Esta trituração melhora a reatividade da superfície nova pela introdução local de sujeições e irregularidades que se comportam como sítios preferenciais em uma reação química. A superfície nova é muito sensível ao vapor d'água. Todavia, esta ativação não apresenta a vantagem de estabilizar a fase metaestável do anidrido III.
A solução proposta pela invenção consiste em aplicar uma sujeição mecânica sobre as partículas de anidrido III solúvel metaestável de maneira a estabilizar sua fase metaestável. Este processo barato em termos de energia permite estabilizar de forma eficaz as partículas de anidrido III modificando sua estrutura cristalina. Segundo uma característica vantajosa da invenção que permite aplicar de maneira simples uma sujeição mecânica sobre as partículas de anidrido III solúvel metaestável, estas últimas são chocadas contra uma parede. E de preferência as partículas de anidrido III solúvel metaestável são injetadas em um tubo de impactação configurado de maneira que as referidas partículas se choquem contra suas paredes no momento de seu deslocamento.
Segundo uma outra característica vantajosa da invenção que permite aplicar uma sujeição mecânica ótima sobre as partículas de anidrido III solúvel metaestável, estas últimas são chocadas a uma velocidade compreendida entre 5 m/s e 30 m/s. A invenção refere-se ainda a um processo de preparação de um aglutinante hidráulico à base de anidrido III, caracterizado pelo fato de:
a) aquecer uma composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio para formar o anidrido III solúvel
metaestável,
b) aplicar uma sujeição mecânica sobre as partículas de anidrido III solúvel metaestável de maneira a estabilizar sua fase metaestável.
Esse processo permite estabilizar as partículas de sulfato de cálcio em fases anidrido III solúvel metaestável por uma sujeição mecânica. O aglutinante hidráulico obtido por esse processo tem uma resistência à umidade e sua reidratação no ar é retardada. Além disso, os desempenhos físicos e mecânicos dos produtos do tipo concreto ou argamassa obtidos pela utilização desse aglutinante são pelo menos tão bons quanto aqueles dos produtos obtidos pela utilização de aglutinantes hidráulicos similares conhecidos pelo especialista na técnica.
Segundo ainda uma outra característica vantajosa da invenção que permite micronizar as partículas de anidrido III de grande diâmetro antes de sujeitá-las mecanicamente, a composição pulverulenta é aquecida de maneira a vaporizar as moléculas de H2O contidas nas partículas de sulfato de cálcio e provocar o rompimento destas últimas. E de preferência, a composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio é aquecida por um processo por flash a uma temperatura compreendida entre 400°C e 700°C e em uma atmosfera saturada em vapor d'água.
Segundo ainda uma outra característica vantajosa da invenção que permite de simplificar a preparação do aglutinante hidráulico, as etapas a) e b) são realizadas simultaneamente injetando a composição pulverulenta em um fluxo de ar quente saturado de vapor d'água e com uma temperatura compreendida entre 400°C e 700°C, o referido fluxo de ar quente atravessando o tubo de impactação. Desta maneira, as partículas de sulfato de cálcio sofrem ao mesmo tempo uma sujeição térmica que tem o efeito de romper e criar anidrido III solúvel metaestável e uma sujeição mecânica que tem o efeito de estabilizar a fase metaestável destas últimas. Segundo ainda uma outra característica vantajosa da invenção é realizada uma têmpera térmica sobre as partículas obtidas depois da etapa b). Segundo uma característica vantajosa da invenção que permite fazer variar as propriedades físicas e mecânicas do aglutinante hidráulico a temperatura e o tempo de aquecimento da composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio são ajustados de maneira a formar anidrido III solúvel metaestável e/ou anidrido II e/ou hemihidrato β de sulfato de cálcio. A expressão "anidrido III e/ou anidrido II e/ou hemihidrato β de sulfato de cálcio" deve ser compreendida como significando "anidrido III solúvel metaestável isolado" ou "anidrido III solúvel metaestável e anidrido II" ou "anidrido III solúvel metaestável e hemihidrato β de sulfato de cálcio" ou "anidrido III solúvel metaestável e anidrido II e hemihidrato β de sulfato de cálcio".
Para evitar que as partículas de anidrido III solúvel metaestável se reidratem rápido demais antes da etapa b), na etapa a), a temperatura e o tempo de aquecimento da composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio são ajustados de maneira a formar partículas com anidrido III solúvel metaestável no interior e anidrido II na superfície.
Segundo uma característica preferida de realização, uma composição pulverulenta à base de gesso natural ou de gesso sintético ou de hemihidrato de sulfato de cálcio é aquecida.
Para melhorar as propriedades do aglutinante hidráulico, a composição pulverulenta é misturada com um ou vários compostos da lista a seguir: cal, hidróxido de cal, pó de mármore, carbonato de cálcio, policarboxilato.
Dadas as propriedades notáveis constatadas pela requerente, a invenção tem também como objetivo o aglutinante hidráulico obtido pelo processo descrito acima, o referido aglutinante podendo ser utilizado para a preparação de um material do tipo concreto ou argamassa.
Um outro objetivo da invenção é uma instalação industrial que permite a realização do processo descrito anteriormente, a referida instalação compreendendo um meio para aquecer a composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio e formar anidrido III solúvel metaestável e um meio para aplicar uma sujeição mecânica sobre as referidas partículas de maneira a estabilizar sua fase metaestável. Segundo uma característica vantajosa da invenção que simplifica a concepção e a realização do processo, as partículas de anidrido III solúvel metaestável são injetadas em um tubo de impactação configurado de maneira que as referidas partículas se choquem contra suas paredes no momento de seu deslocamento, a entrada do referido tubo estando conectada a um gerador de ar quente. E para aumentar as regiões de impactação, o tubo tem de preferência uma forma sensivelmente toroidal. Segundo ainda uma outra característica vantajosa da invenção que evita que as partículas de anidrido III se reidratem rápido demais na saída do tubo de impactação, a referida saída está ligada a um meio para separar o vapor d'água das partículas sólidas. E para aumentar a rentabilidade da instalação, o vapor d'água é de preferência direcionado para um filtro destinado a recuperar partículas finas residuais.
Segundo ainda uma outra característica vantajosa da invenção que permite otimizar sua estabilização assim como sua micronização, as partículas que saem do tubo de impactação podem ser direcionadas para um segundo tubo de impactação conectado a uma fonte de ar comprimido.
Segundo ainda uma outra característica vantajosa da invenção, um dispositivo de têmpera térmica está disposto a jusante do primeiro e/ou do segundo tubo de impactação.
Para prevenir a entrada de ar úmido externo, a instalação comporta vantajosamente um dispositivo de pressurização disposto de maneira a criar uma sobrepressão na referida instalação.
Em uma variante de realização, o meio para aplicar uma sujeição mecânica sobre as partículas de anidrido III solúvel metaestável, pode ser um dispositivo de pistão disposto de maneira a aplicar uma força mecânica sobre as referidas partículas.
Outras características e vantagens da presente invenção tornar-se-ão mais evidentes com a leitura da descrição a seguir, feita a título de exemplo indicativo e não limitativo, com relação ao desenho anexo no qual a figura 1 representa esquematicamente um modo de realização preferido da instalação objeto da invenção. Com referência à figura anexa, uma composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio é previamente armazenada em um silo 1. A composição pulverulenta utilizada é vantajosamente à base de gesso natural, de gesso sintético (principalmente sulfogesso, fosfogesso, borogesso, titanogesso) ou de hemihidrato (a ou β) de sulfato de cálcio.
A composição pulverulenta pode ser misturada com um ou vários compostos da lista a seguir: cal aérea, cal hidráulica, pó de mármore, carbonato de cálcio, policarboxilato. Estes acréscimos complementares conhecidos pelo especialista na técnica permitem melhorar as propriedades do aglutinante hidráulico e principalmente as resistências mecânicas à compressão, resistência ao fogo etc. Na prática, as partículas de anidrido III solúvel metaestável e/ou de anidrido II e/ou de hemihidrato β de sulfato de cálcio entre 1 % e 15 % em peso são vantajosamente misturadas com cal ou com hidróxido de cal. Esta mistura pós-calcinação visa melhorar a reação físico-química que ocorre na seqüência do processo.
Também é possível misturar a composição pulverulenta com cal viva com a finalidade de captar a umidade residual e/ou a umidade do ar ambiente para reduzir a reidratação do anidrido IIL
A granulometria da composição pulverulenta a ser tratada está compreendida entre 20 μηι e 15 mm segundo a natureza do sulfato de cálcio utilizado (natural, sintético ou hemihidratado).
A composição pulverulenta é aquecida em um dispositivo de aquecimento de maneira a só formar partículas de anidrido III solúvel metaestável ou associadas a partículas de anidrido II e/ou partículas de hemihidrato β de sulfato de cálcio. A presença de anidrido II e/ou de hemihidrato β de sulfato de cálcio permite modificar as propriedades físicas e mecânicas do aglutinante hidráulico objeto da invenção.
A proporção em peso anidrido II/anidrido IIIsoiúvei está de preferência compreendida entre 1% e 100% de acordo com as aplicações do aglutinante hidráulico objeto da invenção. Por exemplo, um aglutinante com uma proporção ponderai anidrido II/anidrido IIISoiúvei compreendida entre 20 % e 40 % terá boas propriedades mecânicas. Esta composição pulverulenta é aquecida entre 180°C e 700°C durante um tempo que varia de alguns segundos a várias horas. A temperatura e o tempo de aquecimento dependem de diversos fatores como principalmente a granulometria, o tipo de composição pulverulenta a ser tratada e o processo de aquecimento empregado. O aquecimento pode ser realizado de forma direta ou indireta, por processo de calcinação por flash, fornos giratórios, caldeiras de cozimento ou qualquer outro dispositivo de calcinação equivalente.
O ajuste dos diferentes parâmetros de calcinação permite ajustar a proporção de anidrido III solúvel metaestável e/ou de anidrido II e/ou de hemihidrato β de sulfato de cálcio em função das características finais da composição desejada.
Segundo uma característica privilegiada da invenção, a composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio é aquecida de maneira a vaporizar as moléculas de H2O contidas nas partículas de sulfato de cálcio e provocar o rompimento destas últimas. Para tanto, é preferível realizar o processo por flash descrito abaixo, mas qualquer outro processo que permita chegar a esta resultado pode ser utilizado pelo especialista na técnica. O dispositivo de aquecimento preferido é vantajosamente um calcinador por flash constituído de uma turbina de ar 20 associada a um queimador 21. A composição pulverulenta é injetada em uma bainha 30 disposta com os injetores de ar quente 22 e é transportada à alta velocidade (entre 5 m/s e 30 m/s) pelo fluxo de ar quente gerado dessa maneira. Os injetores 22 são configurados de maneira a criar turbulências e favorecer as trocas térmicas.
O flash pode ser realizado sobre as partículas de sulfato de cálcio já micronizadas (diâmetro máximo de 1 mm), a uma temperatura compreendida entre 280°C e 320°C durante cerca de 5 segundos, de maneira a não cozer demais as partículas de anidrido III.
Segundo uma característica preferida da invenção, o flash é realizado em uma atmosfera saturada em vapor d'água e a uma temperatura compreendida entre 400°C e 600°C, de preferência 500°C. Estas temperaturas elevadas permitem vaporizar as moléculas de H2O contidas nas partículas de sulfato de cálcio, o que tem o efeito de romper estas últimas e diminuir seu diâmetro. Dessa forma é possível tratar partículas de vários milímetros de diâmetro (até 15 mm) e diminuir à metade seu diâmetro antes de sujeitá-las mecanicamente. A atmosfera saturada em vapor d'água permite, mesmo a temperaturas da ordem de 50Q°C, formar partículas de anidrido III solúvel metaestável sem cozimento excessivo.
Ajustando o débito do fluxo de ar quente gerado pela calcinador por flash, a temperatura de aquecimento e o diâmetro das partículas da composição pulverulenta, o especialista na técnica pode fazer variar a quantidade de anidrido III solúvel metaestável e/ou de anidrido II e/ou de hemihidrato β de sulfato de cálcio. Por exemplo, um fluxo de ar quente de 500°C, com uma velocidade de 5 m/s permite tratar uma composição à base de sulfato de cálcio com uma granulometria da ordem de 10 mm, para formar entre 60 % e 80 % de anidrido III solúvel metaestável e entre 20 % e 40 % de anidrido IL Para evitar que as partículas de anidrido III solúvel em fase metaestável se reidratem no caso de introdução de ar úmido externo, também é possível ajustar os diferentes parâmetros de calcinação para formar partículas com anidrido III solúvel metaestável no interior e anidrido II na superfície. Dado que o anidrido II é ligeiramente higroscópico, o anidrido III solúvel metaestável fica protegido pelo envoltório de anidrido II. Outros processos que permitem remover as moléculas de H2O contidas nas partículas de sulfato de cálcio para formar anidrido III podem ser empregadas. Pode-se por exemplo prever a utilização de processos de centrifugação ou a utilização de ultra-sons.
De acordo com a invenção, uma sujeição mecânica é aplicada sobre as partículas de anidrido de maneira a estabilizar sua fase metaestável. Já foi dito que esta sujeição mecânica permite modificar a estrutura cristalina das partículas de anidrido III e/ou de anidrido II e/ou de hemihidrato β de sulfato de cálcio, principalmente tornando-as mais densas, e obter resistências mecânicas mais altas e diminuir sensivelmente a metaestabilidade, isto é, a capacidade de recuperação em água.
Esta modificação da estrutura cristalina deve-se à colisão e ao atrito das partículas entre si, assim como a uma modificação da energia superficial das referidas partículas. Acredita-se que sob o efeito da sujeição mecânica, a estrutura cristalina distorce de modo a não ter mais espaço disponível para o retorno das moléculas de H2O.
A aplicação da sujeição mecânica é de preferência realizada chocando-se as partículas de anidrido III solúvel metaestável (e/ou de anidrido II e/ou de hemihidrato β de sulfato de cálcio) contra uma parede. Todavia, outros processos equivalentes que permitem aplicar uma sujeição mecânica podem ser empregados. Pode-se por exemplo utilizar um dispositivo de pistão disposto de maneira a aplicar uma força mecânica sobre as partículas, estas últimas sendo esmagadas pelo referido pistão.
A aplicação desta sujeição mecânica permite ainda associar a fase anidrido III às fases anidrido II e/ou hemihidrato β de sulfato de cálcio para formar um novo tipo de aglutinante hidráulico. Pode-se ainda prever a aplicação de uma sujeição mecânica diretamente sobre uma mistura contendo anidrido III solúvel estabilizado (por exemplo Gypcement®) anidrido II e/ou hemihidrato β de sulfato de cálcio para obter um aglutinante hidráulico compreendendo partículas cuja estrutura cristalina compreende fases anidrido III solúvel associadas a fases anidrido II.
Com referência à figura 1, a bainha 30 é ligada a um tubo de impactação 4 configurado de maneira que as partículas de anidrido III solúveis metaestáveis se chocam contra suas paredes no momento de seu deslocamento. As partículas são projetadas a uma velocidade compreendida entre 5 m/s e 30 m/s contra a parede, a velocidade levando à estabilização dependendo da tamanho e da natureza das partículas a serem estabilizadas. A turbina de ar 20 associada ao queimador 21 permite gerar um fluxo de ar quente com tal velocidade. A síntese das partículas de anidrido III (e/ou de anidrido II e/ou de hemihidrato β de sulfato de cálcio) por uma ação comum de choques térmicos à temperatura muito alta e de choques mecânicos a velocidades muito altas garante a coesão do aglutinante hidráulico. O tubo de impactação 4 tem vantajosamente a forma sensivelmente toroidal de modo que a cada mudança de direção, as partículas se chocam contra as paredes. O tubo de impactação 4 pode ser perfeitamente toroidal ou comportar porções retas antes das mudanças de direção. Todavia, o tubo de impactação 4 pode ter qualquer outra configuração que permita que as partículas se choquem contra as paredes, por exemplo, tubos em forma de 1L' ou de 'U'. Na prática, é preferível utilizar um turbo-secador RINA-JET® fabricado pela empresa RIERA NADEU SA. Chocando-se contra as paredes, as partículas de anidrido III (e/ou de anidrido II e/ou de hemihidrato β de sulfato de cálcio) vão não apenas se estabilizar, mas também se romper, o que permite micronizar as referidas partículas e reduzir a granulometria entre 5 μm e 50 μm. Se ao nível do dispositivo de aquecimento, os parâmetros de calcinação são ajustados para formar somente partículas de anidrido III solúvel metaestável (eventualmente envolver uma camada de anidrido II), um dispositivo de introdução de anidrido II e/ou de hemihidrato β de sulfato de cálcio (não representado) pode ser colocado depois, ou vantajosamente antes, do primeiro tubo de impactação 4.
A instalação representada na figura 1 permite exercer sobre as partículas da composição pulverulenta e ao mesmo tempo:
- um choque térmico devido ao fluxo de ar quente gerado pela turbina de 20 e pelo queimador 21, - uma sujeição mecânica devida à impactação das partículas contra as paredes do tubo de impactação 4. Todavia é possível uma sujeição mecânica sobre partículas de anidrido III solúvel metaestável (e/ou de anidrido II e/ou de hemihidrato β de sulfato de cálcio) não aquecidas e previamente armazenadas à temperatura ambiente. Também é possível aplicar uma sujeição mecânica sobre partículas de anidrido III já solubilizadas com a finalidade de aumentar as características mecânicas do aglutinante hidráulico. A etapa de aplicação da sujeição mecânica conclui o processo tradicional de estabilização de anidrido III. Esta etapa pode ser repetida sucessivamente no tempo, a temperaturas superiores ou inferiores, com a finalidade de melhorar certas qualidades físicas e mecânicas do aglutinante hidráulico tais como a proporção ponderai anidrido ΙΙΙ/anidrido II, a estabilidade do aglutinante na recuperação com água, a cinética de reidratação etc. Esta tecnologia em vários níveis oferece a possibilidade de ajustar precisamente os parâmetros requeridos para o aglutinante hidráulico e gera os fenômenos cristalográficos das fases de anidrido III (e/ou de anidrido II e/ou de hemihidrato β de sulfato de cálcio). Com referência à figura 1, a saída 41 do tubo de impactação 4 está disposta na face interna do referido tubo. Esta disposição permite recuperar somente as partículas que tenham atingido o diâmetro desejado. Devido às acelerações centrífugas geradas no tubo 4, as partículas de grande diâmetro e por conseguinte de peso elevado, são atiradas na direção da parede externa do referido tubo contra a qual elas se rompem e micronizam. Somente as partículas de diâmetro pequeno e pouco peso podem conseguem chegar à saída 41 e ser recuperadas. Enquanto as partículas não estão micronizadas no diâmetro desejado, elas não conseguem atingir a saída 41 e continuam a circular no tubo.
De acordo com a instalação representada na figura anexa, a saída 41 do tubo centrífuga 4 está ligada via um tubo 42, a um meio 5 para separar o vapor d'água das partículas sólidas. Na prática, trata-se de um filtro ciclônico no qual as partículas sólidas são direcionadas para baixo e o vapor d'água é direcionado para cima. Vantajosamente, o vapor d'água recuperado é direcionado, via um tubo 50, para um segundo filtro 6 destinado a recuperar as partículas finas residuais. Este segundo filtro 6 está conectado a um dispositivo de extração de vapor 7, do tipo bomba de ar.
Com a finalidade de melhorar o rendimento energético da instalação, é possível alimentar a turbina de ar 20 com o ar quente 70 proveniente do dispositivo de extração de vapor 7 misturado com o ar fresco 71.
As partículas sólidas provenientes do tubo de impactação 4 e/ou do meio 5 para separar o vapor d'água das partículas sólidas e/ou do segundo filtro 6 podem ser encaminhadas via um conduto de transporte 8, por intermédio de um parafuso de Arquimedes, para um segundo tubo de impactação 9 conectado a uma fonte de ar comprimido 90. O segundo tubo de impactação 9 é semelhante àquele descrito anteriormente e funciona de maneira idêntica. Qualquer outro dispositivo apto a aplicar uma sujeição mecânica sobre as partículas pode ser utilizado pelo especialista na técnica.
O ar comprimido permite colocar em circulação as partículas do aglutinante hidráulico no segundo tubo 9 de modo que elas possam se chocar contra as paredes deste último a uma velocidade adequada. Na prática ar comprimido frio é injetado à pressão alta variando de 2 bars a 15 bars. Esta sujeição mecânica leva ao rompimento das partículas para reduzir a granulometria entre 1 um e 10 μm.
O aglutinante hidráulico que entra no segundo tubo de impactação 9 está a uma temperatura inferior a 120°C devido às sucessivas mudanças térmicas por contato com os diferentes equipamentos. Todavia, efetuando-se um isolamento térmico nesses equipamentos, é possível conservar um aglutinante térmico a uma temperatura da ordem de 300°C. O contato das partículas quente com o ar comprimido frio age como uma têmpera térmica e conclui a estabilização das partículas de anidrido III. Qualquer outro dispositivo de têmpera térmica conhecido pelo especialista na técnica pode ser dispositivo a jusante do segundo tubo de impactação 9 ou do primeiro tubo de impactação 4.
Com referência à figura 1, a saída 91 do segundo tubo de impactação 9 está ligada via um conduto 92 a um reservatório 10 que permite armazenar o aglutinante hidráulico antes de seu condicionamento. Em uma Variante de realização não representada, a saída 91 do segundo tubo de impactação 9 é ligada a um terceiro tubo de impactação e assim por diante até obter um aglutinante hidráulico que tenha atingido as características desejadas.
Em uma variante de realização não representada, as
partículas sólidas provenientes do tubo de impactação 4
e/ou do meio 5 para separar o vapor d'água das
partículas sólidas e/ou do segundo filtro 6, são
encaminhadas para um dispositivo de calcinação por
flash com um conduto reto. O fato de ter um conduto reto
permite associar eficazmente as partículas a outras
substâncias minerais (cal aérea, cal hidráulica, cal viva,
pó de mármore, carbonato de cálcio, policarboxilato
etc.). Além disso, com um segundo processo por flash,
completa-se o tratamento térmico do anidrido III e é
possível ajustar os parâmetros de calcinação de maneira
a forma partículas com anidrido III no interior e anidrido
II na superfície.
E vantajoso manter uma atmosfera seca no conjunto da instalação (hidrometria do ar inferior a 10%, de preferência compreendida entre 0 e 5 %) desde a saída do silo de armazenamento 1 até o reservatório 10. Para controlar esta higrometria, utiliza-se um dispositivo de sobrepressão para evitar a introdução de ar úmido externo. Este dispositivo de sobrepressão consiste em um compressor de ar seco disposto com captadores de umidade de maneira a pressurizar os condutos de transporte e o conjunto da instalação. Qualquer outro dispositivo de sobrepressão equivalente conveniente ao especialista na técnica pode ser utilizado. Para manter uma atmosfera seca no conjunto da instalação objeto da invenção, também é possível utilizar extratores de umidade dispostos com os controladores de higrometria.
O aglutinante hidráulico obtido possui características bastante notáveis: - estabilidade à umidade e recuperação em água (inferior a 2 %),
- forte densidade das partículas,
- grande solubilidade,
- resistências mecânicas altas associadas a todas as formas de granulado; Rc variando de 40 Mpa a 80 Mpa e Rf variando de 10 Mpa a 20 Mpa.
- porosidade muito fraca associado à finura do aglutinante permitindo a fabricação de materiais superdensos,
- aumento dos desempenhos de aderência a qualquer tipo de suporte, compatibilidade com adjuvantes ("adjuvantations") redutores de água induzindo as tecnologias combinadas com desempenho muito alto,
- qualidades estéticas excepcionais consecutivas à finura e à densidade dos materiais obtidos por associação de granulados estudados,
- melhora do comportamento em fogo das composições elaboradas a partir do referido aglutinante hidráulico.
O aglutinante hidráulico obtido pode ser utilizado na preparação de um material do tipo concreto ou argamassa. A requerente constatou experimentalmente que associando o aglutinante hidráulico obtido de acordo com a invenção com cimento, por exemplo do tipo Portland ou com um hidróxido de cálcio (cal), o material obtido tinha resistência à água e desempenhos mecânicos melhorados, e em particular quando se mistura de 70% a 90% p/p mistura do aglutinante hidráulico objeto da invenção com 10% a 30% p/pmjStura de cimento. Os desempenhos mecânicos aumentaram de 10% a 15%.
A requerente também constatou que o acréscimo de 5% p/pmístura de cal ao aglutinante hidráulico objeto da invenção, permite fluidificar a argamassa de referência e aumentar as resistências mecânicas em 30%.
Claims (21)
1. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo" sendo um processo para estabilizar anidrido III solúvel metaestável, caracterizado pelo fato de ser aplicada uma sujeição mecânica sobre as partículas de anidrido III solúvel metaestável de maneira a modificar sua estrutura cristalina e estabilizar sua fase metaestável, a referida sujeição mecânica sendo aplicada chocando-se as referidas partículas contra uma parede.
2. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado onde partículas de anidrido III solúvel metaestável são injetadas em um tubo de impactação (4) configurado de maneira que as referidas partículas se choquem contra suas paredes no momento de seu deslocamento.
3. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com a reivindicação 2, caracterizado onde as partículas de anidrido III solúvel metaestável se chocam a uma velocidade compreendida entre 5 m/s e 30 m/s.
4. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo" caracterizado por ser um processo de preparação de um aglutinante hidráulico à base de anidrido III, caracterizado pelo fato de: a) uma composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio ser aquecida para formar anidrido III solúvel metaestável, b) uma sujeição mecânica ser aplicada sobre as partículas de anidrido III solúvel metaestável, a referida sujeição mecânica sendo aplicada chocando-se as referidas partículas contra uma parede.
5. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com a reivindicação 4, caracterizado onde a composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio é aquecida de maneira a vaporizar as moléculas de H2O contidas nas partículas de sulfato de cálcio e provocar o rompimento destas últimas.
6. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 ou 5, caracterizado onde a composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio é aquecida por um processo por flash a uma temperatura compreendida entre 400°C e 700°C, em uma atmosfera saturada em vapor d'água.
7. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado onde as etapas a) e b) são realizadas simultaneamente injetando a composição pulverulenta em um fluxo de ar quente saturado em vapor d'água e com uma temperatura compreendida entre 400°C e 700°C, o referido fluxo de ar aquente atravessando um tubo de impactação (4).
8. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizado onde uma têmpera térmica é efetuada nas partículas obtidas depois da etapa b).
9. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 8, caracterizado onde a temperatura e o tempo de aquecimento da composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio são ajustados de maneira a formar anidrido III solúvel metaestável e/ou anidrido II e/ou hemihidrato β de sulfato de cálcio.
10. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 9, caracterizado onde a temperatura e o tempo de aquecimento da composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio são ajustados de maneira a formar partículas com anidrido III solúvel metaestável no interior e anidrido II na superfície.
11. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 10, caracterizado onde na etapa a), uma composição pulverulenta à base de gesso natural ou de gesso sintético ou de hemihidrato de sulfato de cálcio é aquecida.
12. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com a reivindicação 11, caracterizado onde a composição pulverulenta é misturada com um ou vários compostos da lista a seguir: cal aérea, cal hidráulica, cal viva, pó de mármore, carbonato de cálcio, policarboxilato.
13. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo" sendo um aglutinante hidráulico compreendendo anidrido III solúvel estabilizado, caracterizado pelo fato de ser obtido pelo processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 12.
14. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com a reivindicação 13, caracterizado para a preparação de um material do tipo concreto ou argamassa.
15. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 12, caracterizado por compreender um meio (20, 21, 22) para aquecer a composição pulverulenta à base de sulfato de cálcio e formar anidrido III solúvel metaestável e um meio (4, 9) para aplicar uma sujeição mecânica sobre as referidas partículas de maneira a estabilizar sua fase metaestável, as referidas partículas de anidrido III solúvel metaestável sendo injetadas em um tubo de impactação (4) configurado de maneira que as referidas partículas se chocam contra suas paredes no momento de seu deslocamento, a entrada do referido tubo sendo conectada a um gerador de ar quente.
16. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com a reivindicação 15, caracterizado onde o tubo de impactação (4) tem a forma sensivelmente toroidal.
17. "Pro cesso para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizado onde a saída (41) do tubo de impactação (4) é ligada a um meio (5) para separar o vapor d'água das partículas sólidas.
18. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com a reivindicação 17, caracterizado onde o vapor d'água é direcionado para um filtro (7) destinado a recuperar partículas finas residuais.
19. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, caracterizado onde as partículas que saem do tubo de impactação (4) são direcionadas para um segundo tubo de impactação (9) conectado a uma fonte de ar comprimido.
20. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 19, caracterizado onde um dispositivo de têmpera térmica está disposto a jusante do primeiro tubo de impactação (4) e/ou do segundo tubo de impactação (9).
21. "Processo para Estabilizar Anidrido III Solúvel Metaestável, Processo de Preparação de um Aglutinante Hidráulico à Base de Anidrido III Solúvel Estabilizado, Aglutinante Hidráulico Obtido, utilização deste Aglutinante e Instalação Industrial para a Realização de tal Processo", de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 20, caracterizado por compreender um dispositivo de pressurização disposto de maneira a criar uma sobrepressão na referida instalação.
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