BRPI0721413A2 - Processo para o beneficiamento dos substratos de minerais de carbonato - Google Patents
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Description
I “PROCESSO PARA O BENEFICIAMENTO DOS SUBSTRATOS DE MINERAIS DE CARBONATO”
FUNDAMENTOS Campo da Invenção
5 A presente invenção diz respeito ao campo do beneficiamento
dos substratos de minerais de carbonato removendo-se as impurezas indesejadas. Especificamente, a presente invenção diz respeito a um método de beneficiamento do minérios de carbonato usando uma combinação de micropartícula magnéticas e um composto de mineral ativo contendo uma IO funcionalidade de N ou P.
Descrição da Técnica Relacionada
O beneficiamento é um termo usado na indústria de mineração para se referir a vários processos para purificar substratos minerais (tais como metais brutos minerais) para obter minerais de valor. O beneficiamento 15 tipicamente envolve separar os minerais desejados ou “de valor” de outros minerais menos desejáveis ou “sem valor” que podem estar presentes no substrato mineral. Em muitos casos, o grau de separação obtido influencia fortemente na qualidade do produto beneficiado. Por exemplo, os minerais de valor tais como carbonato de cálcio são usados como pigmentos e enchedores 20 em uma variedade de aplicações terminais, por exemplo, revestimentos e enchedores em papel, tintas, plásticos, cerâmicas, etc. Em tais aplicações, níveis desejavelmente mais altos de brancura ou brilho são tipicamente associados com níveis mais baixos de impurezas. Não obstante, os minerais de carbonato muitas vezes contêm uma variedade de minerais descolorantes 25 tais como feldspato, ortoclásio, clorita, sílica, anatase, micas tais como muscovita e biotita, e as fases de argilas e ferro. Também, os minerais com níveis de impureza relativamente baixos são muitas vezes desejados em outras aplicações, tais como nos campos eletrônicos, óticos e biomédicos.
Alguns processos de separação mineral envolvem o uso de reagentes magnéticos e campos magnéticos fortes. O pedido PCT WO 02/066168 divulga as partículas magnéticas de superfície funcionalizada que são ditas ser úteis como reagentes magnéticos para o beneficiamento mineral. As partículas minerais são ditas ser pelo menos comparáveis no tamanho com 5 as partículas minerais, e deste modo é evidente que a quantidade de material presente nas superfícies das partículas magnéticas é somente uma pequena parte do reagente magnético. As Patentes U.S. N— 4.834.898 e 4.906.382 divulgam os reagentes de magnetização que são ditos compreender uma água que contem as partículas de um material magnético, cada uma a qual tem uma 10 revestimento tensoativo de duas camadas incluindo uma camada interna e uma camada externa. As camadas tensoativas internas e externas nas partículas magnéticas são ditas ser monomoleculares e são diferentes.
Nos processos de separação magnética anteriores foi descoberto que o beneficiamento melhorado foi muitas vezes observado como 15 o tamanho da partícula das micropartículas magnéticas é diminuído. Deste modo, foi desejável em certas aplicações, tal como no beneficiamento do caulim, usar as micropartículas magnéticas com o tamanho de partícula prático menor.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO Um objetivo da presente invenção é fornecer um processo
melhorado para o beneficiamento do substrato mineral contendo carbonatos tais como minérios de carbonato usando uma mistura de micropartícula magnéticas e um composto mineral ativo contendo uma funcionalidade de N ou P.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS
Uma forma de realização fornece um processo para o beneficiamento dos substratos de minerais de carbonato através da separação magnética, que compreende intermisturar um substrato mineral contendo carbonato, uma variedade de micropartículas magnéticas e um reagente da fórmula I ou fórmula II, ou combinações da fórmula I e da fórmula II para formar uma mistura. O reagente da fórmula I preferivelmente compreende R1R2R3 Meo reagente da fórmula II preferivelmente compreende 5 R1R2R3R4 M+ X', onde M é N ou P, X é um contraíon aniônico, e Rl, R2, R3, e R4 individualmente compreendem H ou uma porção orgânica que contem de cerca de 1 a cerca de 50 carbonos ou em que pelo menos dois dos Rl, R2, R3, e R4 formam uma estrutura de anel que contem de 1 a 50 átomos de carbono e em que pelo menos um dos grupos Rl, R2, R3, e R4 devem ser 10 uma porção orgânica que contem de 1 a 50 carbonos ou em que pelo menos dois dos grupos Rl, R2, R3, e R4 formam um estrutura de anel que contem de
1 a 50 átomos de carbono. Um campo magnético é aplicado à mistura para deste modo separar um mineral de valor de um mineral sem valor.
A pluralidade de micropartículas magnéticas e o reagente da 15 fórmula I ou fórmula II são preferivelmente adicionados ao substrato mineral carbonato em uma razão em peso das micropartículas magnéticas para reagente da fórmula (I) ou (II) na faixa de cerca de 10:1 a cerca de 1:10, e mais preferivelmente presente em uma razão em peso de cerca de 5:1 a cerca de 1:5.
Os reagentes da fórmula (I) ou fórmula (II) compreendem
nitrogênio (N) ou fósforo (P) orgânicos os quais contêm moléculas em que o N ou o P são capazes de estar em uma forma quaternária ou catiônica protonada.
Os reagentes da fórmula (I) podem ser derivados de aminas ou 25 fosfmo secundárias ou temárias. Os exemplos de tais reagentes incluem, mas não são limitados a, metil sulfato de metil-bis(2-hidroxipropil)-cocoalquila amônio, cloreto de dimetil didecil amônio, cloreto de dimetil-di(2-etilhexil)- amônio, cloreto de dimetil-(2-etilexil)-cocoalquil amônio, cloreto de dicocoalquil dimetil amônio, e diacetato de n-sebo alquil-l,3-diamino propano, Arquad 2C (cloreto de dimetil dicocoalquil amônio) e uma combinação de Duomac T (diacetato de n-sebo alquil-l,3-diamino propano) e Ethomeen 18/16 (alquilamina de cadeia longa+50 EO).
Os reagentes da fórmula (II) podem ser sais quaternários em 5 que Rl, R2, R3, e R4, individualmente compreendem porções orgânicas que contêm de 1 a 50 carbonos ou em que pelo menos dois dos Rl, R2, R3, e R4 formam uma estrutura de anel que contem de 1 a 50 átomos de carbono, ou estes podem ser sais simples de um precursor de amina ou fosfino em que pelo menos um dos Rl, R2, R3, e R4 é H. Pelo menos um dos Rl, R2, R3, e 10 R4 devem ser uma porção orgânica que contem de 1 a 50 carbonos ou pelo menos dois dos Rl, R2, R3, e R4 formam uma estrutura de anel que contem de 1 a 50 átomos de carbono. Preferivelmente pelo menos dois dos Rl, R2, R3, e R4 contêm uma porção orgânica que contem de 1 a 50 carbonos ou quaisquer dois dos Rl, R2, R3, e R4 formam uma estrutura de anel.
Cada um dos Rl, R2, R3, R4, compreendem vários grupos
químicos orgânicos, incluindo sem limitação versões ramificadas e não ramificadas, substituídas e não substituídas do seguinte: alquil por exemplo, alquila ou alquenila C]-C5o, cicloalquila ou bicicloalquila, óxido de alquileno, (por exemplo, ((CH2)n-0-)m, onde nem são cada um individualmente na 20 faixa de 1 a 6), policicloalquila, alquenila, cicloalquenila, bicicloalquenila, policicloalquenila, alquinila, arila por exemplo, arila, bicicloarila, policicloarila, heteroarila, e aralquila C6-C2O P°r exemplo, aralquila C7-C2O- É preferido que pelo menos um dos Rl, R2, R3, e R4 compreende um grupo alquila C5-C2O, um arila C6-Cn, ou um aralquila C7-Ci2. Os exemplos de 25 grupos R adequados incluem, mas não são limitados a butila, pentila, hexila, octila, dodecila, laurila, 2-etilexila, sebo, heptadecenila, oleila, eicosila, fenila, tolila, naftila e hexilfenila. Tais reagentes preferidos incluem cloreto de dimetil didecil amônio, cloreto de dimetil dicicloalquil amônio, cloreto de dimetil dilauril amônio, cloreto de dimetil diestearil amônio, cloreto de dimetil di-sebo alquil amônio e os sais de metil sulfato correspondentes.
Em outra forma de realização preferida qualquer dois ou mais dos Rl, R2, R3, e R4 formam um anel. O anel também pode compreender um heteroátomo adicional tal como N, O ou S. Tais compostos heterocíclicos 5 incluem, mas não são limitados a, (benz)imidazóis, (benz)imidazolinas, (benz)oxazóis, (benz)oxazolinas, morfolinas, e piperidinas. O heterociclo pode ser opcionalmente alquilado, etoxilado ou propoxilado.
Os compostos heterocíclicos preferidos usados como o reagente na presente invenção são imidazóis, imidazolinas, oxazol, oxazolinas, e morfolinas. Os compostos heterocíclicos que contêm um grupo alquila ou alquenila C5-C2O, um arila C6-Ci2, ou um aralquila C7-Ci2 que podem estar ligados a qualquer ponto no anel são especialmente preferidos. Nesta forma de realização preferida, em que o reagente da fórmula I ou II é um imidazolino ou derivado de imidazol. Os exemplos de compostos de imidazólio adequados são Variquat 56 , (ÍH-Imidazólio, sulfato de l-Etil-2-8- Heptadecenil)4,5-diidro-etila), Varine O (I H-Imidazol-l-Etanol-,2-(8- Heptadecenil)-4,5-diidro) e Varisoft 3696 (Imidazólio, sulfato de l-Etil-4,5- diidro-3-(2-Hidroxietil)-2-(8-Heptadecenil)-etil) que são comercialmente disponíveis da Degussa, hidroxietilimidazolina talóleo (Fórmula 2) , e etileno bis-imidazolina talóleo (Fórmula 4).
Em uma forma de realização preferida, os reagentes da fórmula I incluem aminas secundárias ou temárias e seus sais. São particularmente preferidos os derivados de amina graxa os quais contêm pelo menos um grupo alquila ou alquenila C5-C20, arila C6-Ci2, ou aralquila C7-Ci2. As aminas primárias, secundárias ou temárias podem ser
usadas sozinhas ou na forma salina pela neutralização com um ácido que pode ser um ácido mineral tal como ácido sulfurico ou clorídrico ou um ácido orgânico tal como ácido acético, propiônico, ou glutárico. As aminas heterocíclicas secundárias e temárias são preferidas. Os exemplos de reagentes específicos da fórmula (I) incluem os sais de amina graxa tal como Aero® 31000 um sal de acetato de amônio graxo primário, Aero® 3 03 OC um sal de acetato de amônio graxo primário, Aeromine® 8625A um sal de acetato de amina de sebo primário, e Aeromine® 5 8651 um condensaso de amina que são aminas comercialmente disponíveis da Cytec Industries Inc., W. Paterson, NJ.
Os exemplos de reagentes específicos da fórmula (II) incluem os sais de tetralquilamônio tais como brometo de tetraetilamônio, brometo de tetrabutilamônio, brometo de hexadeciltrimetilamônio, cloreto de butil 10 undecil tetradecil oleil amônio, Cyastat® SN (nitrato de estearamidopropil dimetil-beta-hidroxietil amônio) um tensoativo de amônio quaternário comercialmente disponível da Cytec Industries Inc., e Adógeno 462 a 75%, cloreto de dicocoalquildimetilamônio, e TSCA cintilante de Alto AM quaternário, um cloreto de tetralquil amônio ambos da Degussa, ou sais de 15 trialquilaril amônio tais como hidróxido de benziltrimetil amônio também são preferidos.
Em outra forma de realização preferida o reagente da fórmula (I) ou (II) é um derivado de morfolina. Os compostos de morfolina tais como amidomorfolina de talóleo da Fórmula 3 são adequados. O grupo R é preferivelmente um grupo alquila ou alquenila C5-C2O, arila C6-Ci2, ou aralquila C7-Ct2.
Em outra forma de realização preferida, o reagente da fórmula (I) ou (II) é um derivado de oxazolina ou oxazol. As oxazolinas, tais como 2- hidroxil-3-metiloxazolidina de talóleo são adequadas. O grupo R é preferivelmente um grupo alquila ou alquenila C5-C20, arila C6-C32, ou C7-C12 aralquila grupo.
Em outra forma de realização preferida, o reagente da fórmula (I) ou (II) é um derivado de fosfônio. Os exemplos de reagentes que contêm fósforo da fórmula (I) ou (II) incluem os sais de tetralquil fosfônio tais como, por exemplo cloreto de tributiltetradecil-fosfônio, cloreto de trioctiltetradecilfosfônio, haletos de trimetilalquil-fosfônio, haletos de benziltrialquilfosfônio, etc. É preferido que pelo menos um dos grupos Rl, R2, R3, e R4 seja um grupo alquila ou alquenila C5-C2O, arila C6-Ci2, aralquila 5 ou C7-Ci2.
As micropartículas magnéticas podem ser partículas de magnetita e podem ser obtidas a partir de fontes comerciais e/ou feitas através de procedimentos conhecidos àquele habilitado na técnica (ver, por exemplo, P. Tartaj et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 36, (2003) R182-R197 e referências 10 neste contidas). Aqueles habilitados na técnica entenderão que as então chamadas partículas de óxido ferroso-férrico (tipicamente preparadas através de um processo de co-precipitação dos sais de ferro (2) e ferro (21)) são exemplos de micropartículas magnéticas adequadas para o uso na presente invenção.
As micropartículas magnéticas preferidas têm um diâmetro
médio menor do que 200 mícrons. Na presente invenção, quaisquer partículas magnéticas podem ser usadas. Estas podem ser as nanopartículas, por exemplo de cerca de 0,001 mícron (1 nanômetro) a 0,02 mícron (20 nanômetros) ou micropartículas com diâmetros de até cerca de 200 mícrons. 20 Preferivelmente os tamanhos das partículas são acima de 0,01 mícron (10 nm), mais preferivelmente acima de 0,1 mícron e mais preferivelmente acima de 1,0 mícron de diâmetro. Deste modo, bons resultados podem ser obtidos usando as micropartículas magnéticas tendo um diâmetro médio de cerca de 1 a cerca de 100 mícrons. Estes são preferidos. A pluralidade de micropartículas 25 magnéticas podem ter uma distribuição de tamanho de partícula unimodal ou polimodal (por exemplo, bimodal). Quando as nanopartículas são usadas, estas são preferivelmente usadas em uma forma aglomerada para dar um tamanho de aglomerado de partícula acima de 0,01 mícron (10 nm), mais preferivelmente acima de 0,1 mícron e mais preferivelmente acima de 1,0 mícron de diâmetro.
Em qualquer situação dada, o tamanho das micropartículas magnéticas podem ser selecionado com base em várias considerações práticas, tais como custo, produção, carbonato de substrato mineral a ser 5 tratado e o grau de beneficiamento desejado. Deste modo, por exemplo, na maioria das aplicações um reagente magnético que compreende as micropartículas magnéticas tendo um tamanho de partícula médio entre cerca de 0,001 e 100 mícrons pode ser usado, mais preferivelmente o tamanho de partícula médio é entre cerca de 0,1 mícron a cerca de 100 mícrons e mais 10 preferivelmente é entre de cerca de 1,0 mícron a cerca de 50 mícrons.
Os tamanhos das micropartículas magnéticas podem ser determinados medindo-se suas áreas de superfície usando técnicas de adsorção BET N2. Por exemplo, A Tabela 1 abaixo ilustra as correlações entre diâmetros das micropartículas magnéticas (em unidades de nanômetros, nm) e 15 áreas de superfície (em unidades de metros quadrados por grama, m /g) como determinado pelas técnicas de adsorção BET N2 conhecidas àqueles habilitados na técnica.
Tabela 1
Diâmetro (nm) Área de superfície(m2/g) 4 300 8 150 60 200 5 10.000 0,1 A condutividade de um reagente magnético pode variar de 20 cerca de 0 a cerca de 50 milissiemens/cm mas é preferivelmente menos do que cerca de 2 millissiemens/cm. O óxido de ferro nas micropartículas magnéticas podem compreender vários óxidos em uma faixa das representações de usos vários de FeO a Fe2O3, que podem ser em geral, representadas como FexOy onde x e y podem cada um individualmente variar 25 de um a quatro. Uma ou mais moléculas de água podem ser associadas com cada átomo de ferro. Por exemplo, cada átomo de ferro pode ser associado com de cerca de um a cerca de 10 moléculas de água, mais preferivelmente de cerca de uma a cerca de 7 moléculas de água, mais preferivelmente de cerca de uma a cerca de 4 moléculas de água. Opcionalmente, o óxido de ferro pode compreender hidróxidos de ferro, por exemplo, um ou mais átomos de 5 oxigênio de FexOy podem ser substituídos por grupo(s) hidroxila (OFI).
O substrato mineral de carbonato que é intermisturado com o reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) e as micropartículas magnéticas podem ser um substrato que contem tantos minerais de “valor” e minerais “sem valor”. Neste contexto, o termo minerais de “valor” se referem ao mineral ou minerais que são o objetivo principal do processo de beneficiamento, por exemplo, o mineral a partir do qual é desejável remover as impurezas. O termo mineral “sem valor” se refere ao mineral ou minerais para os quais a remoção do mineral de valor é desejada, por exemplo, impurezas no mineral de valor. Tipicamente, a quantidade de mineral de valor no substrato mineral é substancialmente maior do que a quantidade de mineral sem valor. Os termos mineral de “valor” e mineral “sem valor são os termos da técnica que não indicam necessariamente os valores econômicos relativos dos constituintes do substrato mineral. Por exemplo, pode ser necessário beneficiar um substrato mineral que compreende cerca de 97 a 98 % de carbonato de cálcio, sendo o restante impurezas.
O substrato mineral de carbonato, a micropartícula magnética e os reagentes da fórmula (I) e (II) podem ser intermisturados de várias maneiras, por exemplo, em um estágio único, em estágios múltiplos, seqüencialmente, em ordem inversa, simultaneamente, ou em várias 25 combinações dos mesmos. Por exemplo, em uma forma de realização, os vários componentes por exemplo, micropartículas magnéticas, reagentes da fórmula (I) ou (II), ingredientes opcionais tais como água, dispersante, etc. para formar uma pré-mistura, depois intermisturados com o substrato mineral de carbonato. Em outra forma de realização, o processo da presente invenção é realizado intermisturando-se de modo separado ou seqüencial o reagente da fórmula (I) ou fórmula (II), e as micropartículas magnéticas com o substrato mineral de carbonato. Por exemplo, as micropartículas magnéticas podem ser adicionadas ao substrato mineral de carbonato, seguido pela adição do 5 reagente da fórmula (I) ou (II), Alternativamente, as micropartículas magnéticas e o reagente da fórmula (I) ou (II) podem ser misturados simultaneamente (sem formar primeiro uma pré-mistura) ao substrato mineral de carbonato. Vários modos de adição foram descobertos ser eficazes.
A quantidade de reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) e as 10 micropartículas magnéticas intermisturadas com o substrato mineral de carbonato é preferivelmente uma quantidade que é eficaz para beneficiar o substrato mineral para deste modo separar um mineral de valor de um mineral sem valor na aplicação de um campo magnético. Visto que as quantidades das micropartículas magnéticas e o reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) no 15 reagente magnético pode variar dependendo, por exemplo, da quantidade de água (se houver) no reagente magnético e/ou se os componentes são adicionados separadamente ou como uma pré-mistura, em muitos casos é preferível determinar a quantidade total de um reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) e as micropartículas magnéticas sejam intermisturadas com o 20 substrato mineral de carbonato com base nas quantidades dos componentes individuais (por exemplo, as micropartículas magnéticas e o reagente da fórmula (I) ou fórmula (II)). Deste modo, os componentes são preferivelmente intermisturados com o substrato mineral de carbonato em uma quantidade que fornece uma dose do reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) na faixa de 0,1 25 quilogramas por tonelada (Kg/T) a cerca de 10 Kg/T com base no substrato mineral de carbonato, mais preferivelmente na faixa de cerca de 0,25 Kg/T a cerca de 6 Kg/T. Os componentes são preferivelmente intermisturados com substrato mineral de carbonato em uma quantidade que fornece uma dose das micropartículas magnéticas na faixa de cerca de 0,005 Kg/T a cerca de 10 Kg/T com base no substrato mineral, mais preferivelmente na faixa de cerca de 0,25 Kg/T a cerca de 6 Kg/T.
O beneficiamento da mistura formada intermisturando-se o substrato mineral de carbonato e o reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) e as 5 micropartículas magnéticas é preferivelmente conduzido aplicando-se um campo magnético à mistura para deste modo separar o(s) mineral(is) de valor do(s) mineral(is) sem valor(s). A mistura (que compreende o substrato mineral de carbonato e o reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) e as micropartículas magnéticas) é aqui referida como uma “pasta fluida”. O 10 campo magnético pode ser aplicado à pasta fluida de várias maneiras. Por exemplo, em uma forma de realização, a separação é efetuada passando-se a pasta fluida através de um separador magnético de gradiente alto. Vários separadores magnéticos de gradiente alto são aqueles que apresentam um fluxo magnético maior do que ou igual a cerca de 2,2 Tesla, são conhecidos 15 àqueles habilitados na técnica e podem ser obtidos a partir de fontes comerciais. Um exemplo de um separador magnético de gradiente alto é o dispositivo vendido sob o nome registrado de Carpco Cryofilter® (Outokumpu Technologies, Jacksonville, FL). A separação magnética de gradiente alto é um processo em geral conhecido na técnica, e é descrito, por exemplo, nas 20 Patentes U.S. N~ 4.125.460; 4.078.004 e 3.627.678. em geral, a separação envolve aplicar um campo magnético forte à pasta fluida enquanto passando a pasta fluida através de uma matriz de aço tendo uma estruturo aberta (por exemplo lã de aço inoxidável, esferas, pregos, tachas, etc de aço inoxidável.).
O tempo de retenção na matriz magnética e o ciclo do magneto podem variar como desejado, de acordo com os métodos padrão.
Como outro exemplo, em uma forma de realização, a separação é efetuada passando-se a pasta fluida através de um separador magnético de baixa intensidade. Vários separadores magnéticos de baixa intensidade são conhecidos àquele habilitado na técnica e pode ser obtido através de fontes comerciais. Um exemplo de um separador magnético de baixa intensidade preferido é um dispositivo que apresenta um fluxo magnético de até cerca de 2,2 Tesla, preferivelmente de cerca de 0,1 Tesla a cerca de 2,2 Tesla, mais preferivelmente de cerca de 0,1 Tesla a cerca de 1 5 Tesla e mais preferivelmente de cerca de 0,1 a cerca de 0,7 Tesla. A separação magnética de baixo gradiente é um processo em geral conhecido na técnica, e é descrito, por exemplo, nas Patentes U.S. N— 5.961.055 e 6.269.952. Em geral, a separação envolve aplicar um campo magnético fraco (de 0,01 Tesla a 0,7 Tesla) à pasta fluida enquanto passando esta pasta através 10 de uma matriz de aço tendo uma estrutura aberta. Em geral, os separadores magnéticos de baixa intensidade são descritos como aqueles usados na remoção de ferro, por exemplo, lã de aço inoxidável, esferas, pregos, tachas, de aço inoxidável, que são ferromagnéticos por natureza. Como com a separação magnética de alto gradiente, o tempo de retenção para a separação 15 de baixa intensidade na matriz de magneto e o ciclo do magneto pode variar como desejado, de acordo com o métodos padrão.
O reagente da fórmula (I) ou (II) é preferivelmente selecionado para obter um grau de separação entre o mineral de valor e o mineral sem valor que é maior do que o grau de separação obtido na ausência do reagente 20 da fórmula (I) ou (II). Mais preferivelmente, o grau de separação é pelo menos cerca de 10% mais alto, ainda mais preferivelmente pelo menos cerca de 25 % mais alto, ainda mais preferivelmente pelo menos cerca de 50 % mais alto, do que um grau comparável de separação obtido sem usar nenhum reagente da fórmula (I) ou (II). O grau de separação é expressado como uma 25 porcentagem calculada como segue: Grau de separação (%) = (% em peso de Alimentações Insolúvel - % em peso de Produtos Insolúveis) x 100/% em peso de Alimentações Insolúveis, onde os insolúveis são as frações minerais de ácido insolúveis (não-carbonato) presentes no substrato mineral de carbonato. Habitualmente, o substrato mineral de carbonato já é fornecido como uma pasta fluida, por exemplo, como um pó triturado ou moído dispersado em água. O tamanho da partícula é usualmente menor do que 1 mm. Preferivelmente, a pasta fluida do minério de carbonato é condicionado 5 antes de se aplicar o campo magnético. “Condicionar é um termo usado na técnica para se referir aos processos para causar cisalhamento ou mistura de um substrato mineral em um ambiente aquoso. Qualquer tipo de dispositivo de mistura pode ser usado. Qualquer tipo de dispositivo rotor (por exemplo, moinho do tipo rotor-estator) capaz de causar alto cisalhamento à mistura do 10 substrato mineral e ao reagente magnético pode ser usado. O alto cisalhamento pode ser obtido usando-se um dispositivo rotor o qual opera com uma velocidade na ponta das lâminas do rotor de pelo menos cerca de 20 pés (6,1 metros) por segundo, e usualmente em uma faixa de cerca de 50 a cerca de 200 ( cerca de 15 a cerca de 61 metros) por segundo. Um dispositivo 15 de rotor preferido é um moinho capaz de obter uma velocidade da ponta do rotor de cerca de 125 a cerca de 150 (cerca de 38 a cerca de 45 metros) por segundo. Os dispositivos de rotor apropriados incluem os moinhos do tipo rotor-estator, por exemplo, os moinhos de rotor-stator fabricados pela Kady International (Scarborough, Ma.) (aqui referidos como um “moinho da 20 Kady”) e os moinhos de rotor-stator fabricados pela Impex (Milledgeville, Ga.) (aqui referidos como um “moinho da Impex”); moinhos de alto cisalhamento do tipo de lâminas, tais como os moinhos do tipo de lâmina da Cowles (Morehouse Industries, Inc., Fullerton, Calif.); e os moinhos de meio de alto cisalhamento, tais como moedores de areia. A pasta fluida é 25 preferivelmente condicionada durante um tempo suficiente para melhorar a etapa de separação magnética subsequente, sem reduzir de modo indevido a qualidade do mineral de valor resultante. Os períodos de condicionamento podem variar, dependendo em muitos casos da natureza do dispositivo usado para efetuar o cisalhamento. Em qualquer ponto antes da aplicação do campo magnético, o pH do substrato mineral de carbonato pode ser ajustado, por exemplo, preferivelmente a um pH na faixa de cerca de 6 a cerca de 11, mais preferivelmente entre 7 e 9.
Antes da aplicação do campo magnético, os níveis de sólidos
da pasta fluida podem ser ajustados até a concentração desejada a qual está usualmente em uma faixa de mais do que 0 % a cerca de 70 %, mais preferivelmente de cerca de 20 % a cerca de 60 %, e mais preferivelmente de cerca de 20 % a cerca de 45 %, em peso com base no peso total.
Depois da separação magnética, o produto beneficiado
resultante pode ser submetido às etapas de processamento adicionais de modo a fornecer o(s) mineral(is) de valor separado(s) e o(s) mineral(is) sem valor na forma desejada. Deste modo, quaisquer etapas de processamento desejadas podem ser realizadas no produto beneficiado resultante. Por exemplo, o 15 produto beneficiado pode ser floculado, por exemplo, para produzir um produto de carbonato floculado de alta pureza ou produto de carbonato floculado de impureza reduzida. O processo de beneficiamento também pode compreender uma etapa de remover a água da pasta fluida fracionada floculada como é conhecido na técnica.
EXEMPLOS
Preparação dos reagentes (Fórmulas 1 a 5).
Fórmula 1 - Cloreto de butil undecil tetradecil oleil amônio (R1R2R3R4N+ X)
^11^21
H8C4-Wt-CuH27
O-
CO(CH ^7CH-CHiCH JtJ7CH3
Doze gramas e meia (12,5 g) (0,17 mol) de butil amina são dissolvidos em 150 ml de uma solução de DMF/KOH, 40 g (0,17 mol) brometo de undecila, 40 g (0,17 mol) cloreto de tetradecila são adicionados, seguido por 51 g (0,17 mol) de cloreto de oleila. A mistura de reação é aquecida até 60° C durante a noite. 65 g de um precipitado branco são filtrados e coletados. O precipitado é secado pela separação à vácuo para se obter 50 g do produto.
Reagentes derivados de talóleo.
Fórmula 2 - hidroxietil imidazolina de talóleo
A um frasco de fundo redondo de três bocas de 250 ml equipado com um receptor de destilação de Barrett com um condensador no topo é adicionado 20,8 g de 2-(2-aminoetilamino) etanol (0,2 mol) e 56,4 g de ácido graxo de talóleo (0,2 mol) em 100 ml de tolueno. A mistura de reação é aquecida até o refluxo e a água começa a sair com um azeótropo de tolueno. Após isto, a temperatura da mistura é aumentada até 160° C e aquecida por mais 16 horas e cerca de 6,5 g de água são coletados e 72,8 g de resíduos restou, o que foi apresentado na cromatografia gasosa com 95 % de produto puro desejado.
Fórmula 3 - amidomorfolina de Talóleo
A um frasco de fundo redondo com três bocas de 250 ml equipado com um Receptor de destilação de Barrett com um condensador no topo são adicionados 28,8 g de 4-(3-aminopropil) morfolina (0,2 mol) e 56,4 g de ácido graxo de Talóleo (0,2 mol) em 100 ml de tolueno. A mistura de reação é aquecida até o refluxo e a água começa a sair com azeótropo de tolueno. Após isto, a temperatura da mistura é aumentada até 160° C e aquecida por mais 16 horas e cerca de 3,0 g de água é coletada e 85 g de resíduo restou, que apresentou na cromatografia gasosa com 90 % de produto puro desejado.
Fórmula 4 - etileno bis-imidazolina de Talóleo
A um frasco de fundo redondo com três bocas de 250 ml equipado com um Receptor de destilação de Barrett com um condensador no topo são adicionados 25 g de trietileno tetramina (amostra de 60 %, contem
50 ml de tolueno. A mistura de reação é aquecida até o refluxo e a água começa a sair com azeótropo de tolueno. Após isto, a temperatura é
coletados e 72 g de resíduo restou, que apresentou na cromatografia gasosa com 85 % de produto puro desejado.
Fórmula 5 - 2-hidroxil-3-metiloxazolidina de Talóleo
A um frasco de fundo redondo com três bocas de 250 ml equipado com um Receptor de destilação de Barrett com condensador no topo
graxo de Talóleo (0,2 mol) em 100 ml de tolueno. A mistura de reação é
g de composto puro) (0,1 mol) e 58 g ácido graxo de Talóleo (0,2 mol) em
aumentada até 175° C e aquecida por mais 8 horas e cerca de 5 g de água são
são adicionados 25 g de 2-(metilamino) etanol (0,2 mol) e 56,4 g de ácido aquecida até o refluxo e a água começa a sair com azeótropo de tolueno. Após isto, a temperatura é aumentada até 150° C e aquecida por mais 4 horas e cerca de 6,5 g de água é coletada e 65 g de resíduo restou, que apresentou na cromatografia gasosa com 90 % de produto puro desejado.
Os reagentes obtidos a partir de fontes comerciais são como segue. Aero® 3100C um sal de acetato de amônio graxo primário, Aero® 3030C um sal de acetato de amônio graxo primário, e Aeromine 8625A um sal de acetato de amina de sebo, que são aminas comercialmente disponíveis da Cytec Industries Inc, W. Paterson, N.J. Cyastat® SN (nitrato de estearamidopropil dimetil-beta-hidroxietil amônio) é um tensoativo de amônio comercialmente disponível da Cytec Industries Inc. Variquat 56, IH- Imidazólio, sulfato de l-etil-2-8-heptadecenil)-4,5-diidro-etila, Varina O IH- Imidazol-l-Etanol-,2-(8-Heptadecenil)-4,5-diidro, e Varisoft 3696 Imidazólio, sulfato de l-etil-4,5-diidro-3-(2-Hidroxietil)-2-(8-Heptadecenil)-etila são produtos de imidazolina comercialmente disponíveis (Degussa Corp., Dusseldorf, Alemanha) da fórmula 2. Outros exemplos incluem sulfato de 1- Ri-4,5-diidro-3-(2-hidroxietil)-2-(8-R2)-etila onde Rj pode ser C2-C8 e R2 pode variar de Ci4 a C22. 2-1-hidroximetil-etil-oxazolina, brometo de tetraetilamônio, brometo de tetrabutilamônio, brometo de hexadeciltrimetilamônio, e brometo de beziltrimetilamônio, são tensoativos de amônio comercialmente disponíveis (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO). Adógeno 462 - 75 % (cloreto de dicocoalquildimetilamônio) é um composto de amônio quaternário comercialmente disponível da Degussa Corp., Dusseldorf, Alemanha.
EXEMPLOS 1 a 20
Uma pasta fluida de minério de carbonato de cálcio (que contem 2 % de impurezas ácidas insolúvel) é preparada misturando-se cerca de um Kg do minério pulverizado seco em água suficiente para fornecer 33 % de sólidos. Então, 1 Kg/T em uma base seca de partículas de magnetita tendo um tamanho de partícula médio de 10 mícrons é adicionada à pasta fluida seguido pela adição de 1 Kg/T de vários aditivos químicos como apresentado na Tabela I. O pH é na faixa de 7 a 9. Após a adição dos aditivos, a pasta fluida é condicionada por 6 minutos e depois processada através de um 5 separador magnético permanente preenchido com uma matriz nominal (35 μιη de diâmetro) em uma taxa de alimentação correspondente a 6 l/hora sob um campo magnético de 1,7 Tesla. A pasta fluida é alimentada ao magneto por 2 minutos e 30 segundos durante a agitação com uma velocidade propulsora de 900 rpm seguido por um ciclo de lavagem. O produto é coletado, secado em 10 forno e o nível de ácido insolúvel (Ins em %) é determinado e o grau de separação é calculado como segue. Grau de separação ( %) = (Alimentação de Ins em % - Produto de Ins em %)* 100/ alimentação de Ins em %.
Os resultados são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2.
N2 Aditivos químicos Tipo de aditivo Ins em %. Grau de Separação (%) IC Nenhum N/A 1,80 10 2 Aeromine® 31000 Tensoativo de amina graxa de sebo 1,21 40 3 Aeromine® 3030C Tensoativo de amina catiônica 1,43 29 4 Aeromine* 8625A Tensoativo de alquila amina de 1,32 34 sebo Brometo Tensoativo de amônio quaternário 1,56 22 de tetraetil amônio 6 Brometo Tensoativo de amônio quaternário 1,50 25 de tetrabutilamônio 7 Hidróxido Tensoativo de amônio quaternário 1,37 32 de beziltrimetilamônio 8 Brometo de Tensoativo de amônio quaternário 0,60 70 lexadeciltrimetilamônio 9 Cloreto de butil Tensoativo de amônio 0,47 77 undecil tetradecil oleil Fórmula 1 amônio Adógeno 462 - 75 % Dicocoalquila, tensoativo de 0,59 71 dimetil amônio quaternário 11 Variquat 56 Coletor de Imidazolina 1,00 50 12 Varine 0 Coletor de Imidazolina 1,35 33 13 Varisoft 3696 Coletor de Imidazolina 0,24 88 14 imidazolina Talóleo Composto da fórmula 2 0,60 70 Etileno bis-imidazolina Composto da fórmula 4 1,18 41 16 2-metil-2-imidazolina Tensoativo de imidazolina 0,93 54 17 Oxazolina Talóleo Composto da fórmula 5 0,74 63 18 amidomorfolina talóleo Compostos da Fórmula 3 U5 43 19 Cyastat SN Nitrato de estearamidopropil 1,16 42 dimetil-beta-hidroxietil amônio EXEMPLOS de 20 a 25
A remoção dos insolúveis do minério de carbonato de cálcio é realizada como descrito nos Exemplos de 1 a 19, exceto que 1 Kg/T de partículas de magnetita tendo vários tamanhos de partículas (45 mícron, TB- 5 908W da Alabama Pigmentos, Green Pond, AL; 10 mícrons, Oxido de ferro (11,111) da Alfa Aesor, Ward Hill, MA; 0,1 mícron, Lake 274 da Lake Industries Inc., Albânia, NY; 0,01 mícron, TMBXT 1240 06PS2-006 da Nanochemonics, Pulaski, VA) é adicionado a uma pasta fluida seguido pela adição de 1 Kg/T de um tensoativo de amônio quaternário comercialmente 10 disponível (Quatemary AM High Flash TSCA, Goldshmidt Chemical Corp., Hopewell, VA). O tensoativo contem um composto de cloreto de tetra-alquil amônio.
Os resultados apresentados na Tabela 3 demonstram um grau de separação que em geral aumenta ao passo que o tamanho de partícula das partículas magnéticas é aumentado.
Tabela 3.
Ne Tamanho da partícula Ins em % Grau de de magnetita (μιη) Separação ( %) IN/A 1,80 10 21 0,01 0,33 84 22 0,1 0,29 86 23 10 0,21 90 24 45 0,17 92 EXEMPLOS de 25 a 27
A remoção dos insolúveis do minério de carbonato de cálcio é realizada como descritos nos Exemplos de 1 a 20. Uma pasta fluida de minério de carbonato de cálcio (2 % de ácidos insolúveis) é preparada 10
misturando-se cerca de um Kg do minério seco em água suficiente para resultar em 33 % de sólidos. Depois, 1 Kg/T de partículas de magnetita tendo um tamanho de partícula médio de 10 micrômetros é adicionado à pasta fluida seguido pela adição de 1 Kg/T de tensoativos de fosfônio comercialmente disponíveis como apresentado na Tabela 4.
Após a adição dos aditivos, a pasta fluida é condicionada por 6 minutos e depois processada através de um separador magnético permanente preenchido com uma matriz nominal (35 μιη de diâmetro) em um taxa de alimentação correspondente a 6 l/hora sob um campo magnético de 1,7 Tesla. A pasta fluida é alimentada ao magneto por 2 minutos e 30 segundos durante a agitação com uma velocidade impulsora de 900 rpm seguido por um ciclo de lavagem. O produto é coletado, secado em um forno e o nível de ácido insolúvel (Ins em %) é determinado.
Tabela 4.
Ne Aditivo Químico Tipo de aditivo Ins. em % Grau de Separação (%) Sem magnetita, N/A 1,80 10 sem aditivos 26 C YPHOS® 3453 Tensoativo 0,30 85 de tributiltetradecilfosfônio 27 CYPHOS®IL128 Tensoativo 0,12 94 de trioctiltetradecilfosfônio EXEMPLOS de 28 a 32
A remoção dos insolúveis do minério de carbonato de cálcio é realizada como descrido nos Exemplos de 1 a 19, exceto que a razão da magnetita (TB-908W da Alabama Pigmentos, McCalla, AL) e um reagente de sal de tetralquil amônio (CP5596-93, Quatemary AM High Flash TSCA, um 20 tensoativo de amônio quaternário da Goldschmidt Corp., Hopewell, VA) são variados mantendo o teor da dosagem de (Magnetita + Reagente) total a 2Kg/T.
Os resultados apresentados na Tabela 5 demonstram que o grau de separação em geral aumenta a passo que a razão da dosagem (Magnetita/reagente) se aproxima de 0,75. Tabela 5
Exemplo Razão Insolúveis em % Grau de Separação (%) 28 0,5 0,55 72,5 29 0,75 0,39 80,5 1,0 0,13 93,5 31 1,25 0,21 89,5 32 1,5 0,5 75,0
Claims (21)
1. Processo para o beneficiamento dos substratos de minerais de carbonato, caracterizado pelo fato de ser através da separação magnética, compreendendo: intermisturar um substrato mineral contendo carbonato, uma pluralidade de micropartículas magnéticas e um reagente da fórmula I ou fórmula II para formar uma mistura; (I) R1R2R3 M (II) R1R2R3R4 M+ X' em que M é N ou P, X é um contraíon aniônico, e cada um dos R1, R2, R3 e R4, é selecionado de H ou uma porção orgânica que contém de cerca de 1 a cerca de 50 carbonos ou em que pelo menos dois dos grupos Rl, R2, R3, e R4 formam uma estrutura de anel que contem de 1 a 50 átomos de carbono, em que pelo menos um dos grupos Rl, R2, R3 e R4 devem ser uma porção orgânica que contem de cerca de 1 a cerca de 50 carbonos ou em que pelo menos dois dos grupos Rl, R2, R3 e R4 juntos formam uma estrutura de anel que contem de 1 a 50 átomos de carbono; e aplicar um campo magnético à mistura para deste modo separar um mineral de valor de um mineral sem valor.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de micropartículas magnéticas e o reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) estão presentes em uma razão em peso de micropartículas magnéticas:reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) na faixa de cerca de 10:1 a cerca de 1:10.
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de micropartículas magnéticas e o reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) estão presentes em uma razão em peso de micropartículas magnéticas:reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) na faixa de cerca de 5:1 a cerca de 1:5.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de1a 3, caracterizado pelo fato de que a porção orgânica que contem de cerca de 1 a cerca de 50 carbonos é selecionada do grupo que consiste de alquila, aralquila, alquinila e alquenila substituídos ou não substituídos por OH.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de1a 4, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de micropartículas magnéticas e o reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) são separadamente intermisturadas com o substrato mineral de carbonato.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de1a 5, caracterizado pelo fato de que o reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) é selecionado do grupo que consiste de tensoativos de amina graxa de sebo, tensoativos de amina catiônica, tensoativos de sebo alquil amina, tensoativos de amônio quaternário, tensoativos de amônio, dicocoalquila, tensoativo de dimetil amônio quaternário, coletores de imidazolina, tensoativos de benziltrialquilamônio, tensoativos de trialquilalquenilamônio, tensoativos de tetralaquilamônio e derivados substituídos destes, tensoativos de oxazolina, tensoativos de morfolina e misturas dos mesmos.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de1a 5, caracterizado pelo fato de que o reagente da fórmula (I) é selecionado do grupo que consiste de metil sulfato de metil-bis(2-hidroxipropil)- cocoalquil de amônio, cloreto de dimetil didecil amônio, cloreto de dimetil- di(2-etilexil)-amônio, cloreto de dimetil-(2-etil-hexil)-cocoalquil amônio, cloreto de dicocoalquil dimetil amônio, diacetato de n-sebo alquil-1,3- diamino propano, cloreto de dimetil dicocoalquil amônio, uma mistura de diacetato de n-sebo alquil-1,3-diamino propano e alquilamina+50 EO de cadeia longa), 2-metil-2-imidazolina, bisimidazolino etileno, oxazolina talóleo, amidomorfolina talóleo, e misturas dos mesmos
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de1a 5, caracterizado pelo fato de que o reagente da fórmula (II) é selecionado do grupo que consiste de um haleto ou sulfato de tetralquilamônio, um haleto ou sulfato de benziltrialquilamônio, um haleto ou sulfato de trialquilalquenil amônio e misturas dos mesmos.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o reagente da fórmula (II) é selecionado do grupo que consiste de brometo de tetraetilamônio, brometo de tetrabutilamônio, hidróxido de beziltrimetilamônio, brometo de hexadeciltrimetilamônio, cloreto de butil undecil tetradecil oleil amônio, nitrato de estearamidopropil dimetil-beta-hidroxietil amônio, cloreto de dicocoalquildimetilamônio, cloreto de tetralquil amônio, hidróxido de benziltrimetil amônio, tensoativo de tributiltetradecilfosfônio, tensoativo de trioetiltetradecilfosfônio e combinações dos mesmos.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de micropartículas magnéticas compreende as micropartículas tendo um tamanho na faixa de cerca de 0,01 mícron a cerca de 100 mícrons.
11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de micropartículas magnéticas compreende as micropartículas tendo um tamanho na faixa de cerca de 0,1 mícron a cerca de 100 mícrons.
12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de micropartículas magnéticas compreende as micropartículas tendo um tamanho na faixa de cerca de 1,0 mícron a cerca de 50 mícrons.
13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12 caracterizado pelo fato de que a dose do reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) é na faixa de cerca de 0,1 quilogramas por tonelada (Kg/T) a cerca de 10 Kg/T com base no substrato mineral de carbonato.
14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o reagente da fórmula (I) ou fórmula (II) é adicionado em uma quantidade que é na faixa de cerca de 0,25 Kg/T a cerca de 6 Kg/T.
15. Processo de acordo com as reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que as micropartículas magnéticas são adicionadas em uma quantidade que é na faixa de cerca de 0,005 Kg/T a cerca de 10 Kg/T com base no substrato mineral de carbonato.
16. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as micropartículas magnéticas são adicionadas em uma quantidade que é na faixa de cerca de 0,25 Kg/T a cerca de 6 Kg/T.
17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o campo magnético aplicado à mistura compreende um fluxo magnético maior do que ou igual a cerca de 2,2 Tesla.
18. Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o campo magnético aplicado à mistura compreende um fluxo magnético menor do que cerca de 2,2 Tesla.
19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o campo magnético aplicado à mistura compreende um fluxo magnético de cerca de 0,1 Tesla a cerca de 2,2 Tesla.
20. Processo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o campo magnético aplicado à mistura compreende um fluxo magnético de cerca de 0,1 Tesla a cerca de 1 Tesla.
21. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o campo magnético aplicado à mistura compreende um fluxo magnético de cerca de 0, 1 a cerca de 0,7 Tesla.
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