ES2335472T3 - Procedimiento de potenciacion de la deshidratacion de particulas finas. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para deshidratar una suspensión espesa de material particulado fino que es menor de 2 mm de diámetro, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de i) volver moderadamente hidrófobo el material particulado fino de modo que su ángulo de contacto con agua aumente a un valor considerablemente menor de 90º usando tensioactivos y colectores apropiados en una etapa de hidrofobización inicial, ii) añadir un tensioactivo no iónico de índice de equilibrio hidrófilo-lipófilo (EHL) menor de 15 y disuelto en un disolvente o mezcla de disolventes apropiados, iii) agitar la suspensión espesa para permitir que las moléculas tensioactivas se adsorban sobre la superficie del material moderadamente hidrófobo de modo que se potencie su hidrofobicidad y aumente el ángulo de contacto a cerca de o más de 90º, y entonces iv) someter la suspensión acondicionada que contiene el material particulado, cuyo ángulo de contacto con agua se ha aumentado, a un procedimiento mecánico de deshidratación.
Description
Procedimiento de potenciación de la
deshidratación de partículas finas.
En la industria minera, las menas en bruto (ROM)
se trituran y pulverizan para desprender (o liberar) los
componentes valiosos de las rocas de desecho. Aunque el carbón ROM
raramente se tritura, una porción significativa está presente como
carbón fino. Las menas pulverizadas y el carbón fino se separan
entonces usando procedimientos apropiados. Uno de los
procedimientos de separación más ampliamente usados es la flotación
por espuma. En este procedimiento, se mezcla una mena pulverizada
(o carbón fino) con agua formando una suspensión espesa, a la que
se añaden tensioactivos conocidos como colectores para volver
hidrófobo(s) el(los) constituyente(s)
seleccionado(s). Para el caso de procesar carbones de mayor
categoría tales como carbonos bituminosos y antracíticos, que son
naturalmente hidrófobos cuando se extraen de la mina, pueden no ser
necesarios colectores. Cuando estos materiales no son
suficientemente hidrófobos, se añaden aceites hidrocarbonados para
potenciar su hidrofobicidad. Las partículas hidrofobizadas (o
naturalmente hidrófobas) se recogen entonces por las burbujas de
aire introducidas en el fondo de una celda de flotación. Se cree
que la adhesión de burbuja-partícula se activa
mediante la atracción hidrófoba. Las burbujas de aire cargadas con
partícula hidrófoba suben a la superficie de la pulpa acuosa,
mientras que las partículas hidrófilas no recogidas por las burbujas
de aire salen de la célula. Por tanto, la flotación produce dos
productos, concretamente, flotantes y no flotantes. El más valioso
de los dos se designa como concentrado, y aquel sin valor se
designa como ganga (o rechazo).
Los concentrados se deshidratan antes de
procesarse adicionalmente o enviarse a los consumidores, mientras
que la ganga (o rechazo) se desecha con o sin una deshidratación
extensa. El procedimiento de deshidratación consiste en varias
etapas. En la primera etapa, se espesa una suspensión espesa a 35 a
75% de sólidos en un tanque de sedimentación grande, mientras que
se retira el agua libre de la parte superior y se recicla de vuelta
a la planta. En la segunda etapa, se somete la pulpa espesada a un
procedimiento de deshidratación mecánica, tal como filtración o
centrifugación, para retirar adicionalmente el agua. Sin embargo,
este procedimiento es ineficaz, particularmente cuando las
partículas de mineral (o carbón) son finas. En general, el contenido
de humedad del producto deshidratado aumenta al reducirse el tamaño
de partícula, lo que indica que la humedad residual es debida
mayoritariamente al agua superficial, concretamente, las moléculas
de agua que se adhieren fuertemente a la superficie. Para
concentrados minerales de sulfuro, los productos filtrados contienen
típicamente de 12 a 18% en peso de humedad. Para el carbón, las
humedades residuales son mayores (20 a 30% en peso) debido a su
baja densidad. Muy a menudo, estos productos tienen que
deshidratarse adicionalmente en una tercera y más costosa etapa,
concretamente, secado térmico, que puede ser una opción para
materiales de alto precio. Sin embargo, no lo es para artículos de
bajo precio tales como carbón. Incluso para los materiales de alto
precio, la eliminación de la tercera etapa tiene ventajas económicas
y medioambientales significativas.
Actualmente, los costes de limpieza y
deshidratación del carbón fino (más fino de 0,5 mm) son
aproximadamente 3 veces mayores que los de limpiar carbón más
grueso. Por esta razón, a menudo es más económico desechar los
finos, si el carbón fino constituye sólo una pequeña fracción de la
corriente de producto. Este es típicamente el caso con muchos
productores de carbón del mundo. Sólo en los EE.UU., se estima que
se han desechado aproximadamente 2.000 millones de toneladas de
carbón fino en estanques abandonados, mientras que se han desechado
aproximadamente 500 a 800 millones de toneladas de carbón fino en
estanques activos. Al año, los productores de carbón de EE.UU.
desechan aproximadamente 30 a 50 millones de toneladas de carbón
fino a los estanques. Esto representa una pérdida de recursos
naturales valiosos y causa pérdidas significativas de beneficios a
los productores de carbón. Los productores de carbón de EE.UU. son
afortunados de que las fracciones finas constituyan sólo de 5 a 20%
de sus corrientes de producto. En los países en que los carbones son
más friables, las fracciones finas pueden ser del intervalo de 20 a
50%. En este caso, los productores de carbón ya no pueden permitirse
desechar los finos. Desgraciadamente, no hay tecnologías
disponibles actualmente, distintas del costoso secado térmico, para
reducir la humedad de los finos de carbón.
La dificultad de deshidratar materiales
particulados finos puede explicarse a partir de principios básicos.
Los expertos en la materia consideran que una torta de filtración
consiste en una serie de capilares de diferentes radios de los que
se retira el agua durante el proceso de filtración a vacío o a
presión. El agua puede retirarse sólo cuando la caída de presión
aplicada a través de la torta de filtración supera la presión del
agua presente dentro de los capilares. La presión, \Deltap, en el
capilar de radio r puede calcularse usando la ecuación de
Laplace:
\Deltap =
\frac{2\gamma_{23} \ cos
\theta}{r},
en la que \gamma_{23} es la
tensión superficial en la interfase de agua 3 y aire 2 y \theta es
el ángulo de contacto de las paredes internas del capilar en
consideración. En la filtración, la pared capilar está compuesta
por las superficies de las partículas en la torta, y el radio
capilar eficaz se reduce al reducirse el tamaño de partícula. El
ángulo de contacto es la medida más ampliamente usada de
hidrofobicidad de partícula (propiedad repelente de agua). En el
procedimiento de gota sésil, se dispone una gota de agua sobre la
superficie de interés y se mide el ángulo a través de la fase
acuosa. Por tanto, el término ángulo de contacto usado en la
presente invención designa el ángulo de contacto del agua, que
aumenta al aumentar la hidrofobicidad superficial. La Ec. [1]
sugiere que la presión de capilaridad aumenta al reducirse el radio
capilar, lo que explica las dificultades encontradas durante la
filtración de partículas finas. Si una torta de filtración contiene
capilares de radios diferentes, sería más difícil retirar el agua de
los capilares más finos. A una caída de presión dada aplicada a
través de la torta de filtración, puede observarse que el agua
atrapada en los capilares que son menores que cierto radio crítico
(r_{c}) no puede retirarse. Por tanto, la humedad de una torta de
filtración debe determinarse mediante la cantidad de agua atrapada
en los capilares menores que el radio capilar
crítico.
La Ec. [1] sugiere tres modos de conseguir bajas
humedades de torta durante la filtración. Estos incluyen i)
reducción de la tensión superficial, ii) aumento del radio capilar y
iii) aumento del ángulo de contacto. Se usan diversos productos
químicos (adyuvantes de deshidratación) para controlar estos
parámetros. Es un grupo de reactivos los tensioactivos que pueden
reducir la tensión superficial. La mayoría de los adyuvantes de
deshidratación usados con este fin son tensioactivos iónicos con
altos índices de equilibrio hidrófilo-lipófilo
(EHL). El laurilsulfato de sodio y el dioctilsulfosuccinato de
sodio, cuyos índices de EHL son de 40 y 35,3, respectivamente, son
ejemplos típicos. Sing ("Filtration and Separation", marzo de
1977, pág. 159-163) sugirió que el primero es un
adyuvante de deshidratación ideal para el carbón porque no se
adsorbe sobre la superficie, lo que a su vez permite utilizar
completamente los reactivos para reducir la tensión superficial. La
patente de EE.UU. nº 5.346.630 enseña un procedimiento de
pulverización a presión de una solución de un adyuvante de
deshidratación desde una posición en la torta de filtración,
formando una zona de filtrado justo antes de la desaparición del
agua de procedimiento sobrenadante. Este procedimiento, que se
designa como procedimiento de pulverización de tipo torpedo,
asegura una distribución homogénea del adyuvante de deshidratación
sin diluirse significativamente por el agua de procedimiento
sobrenadante.
Debe observarse aquí que los tensioactivos de
EHL alto se usan también como agentes humectantes para materiales
hidrófobos tales como carbón. Reconociendo que la deshidratación es
esencialmente un procedimiento de deshumidificación, resulta
difícil ver cómo un tipo de reactivos puede usarse para ambas. Es
bien conocido que los tensioactivos de EHL alto se adsorben sobre
superficies hidrófobas no humectantes con orientación inversa,
concretamente, con las colas hidrocarbonadas en contacto con la
superficie y las cabezas polares apuntando hacia la fase acuosa.
Por tanto, los tensioactivos de EHL alto pueden reducir la tensión
superficial, pero también pueden moderar la hidrofobicidad y
reducir el ángulo de contacto. Por esta razón, los tensioactivos de
EHL alto usados como adyuvantes de deshidratación pueden causar
realmente un aumento del contenido de humedad. Además, los
reactivos que permanecen en el filtrado eventualmente vuelven al
circuito de flotación y causan efectos adversos.
Se usan diversos floculantes poliméricos como
adyuvantes de deshidratación. El papel de estos reactivos es
aumentar el tamaño eficaz de las partículas en la torta de
filtración, de modo que aumenten los radios de poro. Esto reducirá
en gran medida la presión capilar y, por tanto, aumentará la
velocidad de filtración. Sin embargo, la mayoría de los floculantes
usados como adyuvantes de deshidratación son hidrófilos. Por lo
tanto, su adsorción modera la hidrofobicidad del mineral o
concentrados de carbón que sean ligeramente hidrófobos en virtud de
la adsorción de colector o por su naturaleza. Además, las partículas
forman capilares pequeños en cada flóculo creado por floculantes
orgánicos. Por lo tanto, el procedimiento de usar floculantes
poliméricos para deshidratar tiene limitaciones. Se ha reseñado que
los floculantes son capaces de reducir la velocidad de
deshidratación, pero no necesariamente la humedad de torta final
(Meenan, "Proceedings of the Industrial Practice of Fine Coal
Processing", Society of Mining Engineers, pág.
223-229, 1988).
Pueden usarse también diversos electrolitos para
coagular las partículas a filtrar, y mejorar la deshidratación.
Groppo y Parekh (Coal Preparation, 1996, vol. 17, pág.
103-116) mostraron que la deshidratación del carbón
fino mejora considerablemente en presencia de cationes divalentes y
trivalentes. Encontraron que éste era el caso cuando usaban
tensioactivos catiónicos, aniónicos y no iónicos.
La patente de EE.UU. nº 5.670.056 enseña un
procedimiento de uso de tensioactivos no iónicos (o neutros) de EHL
bajo y polímeros hidrosolubles como agentes hidrofobizantes que
pueden aumentar el ángulo de contacto por encima de 65º y, así,
facilitar los procedimientos de deshidratación. Se usaron como
agentes hidrofobizantes ésteres grasos monoinsaturados, ésteres
grasos cuyos índices de EHL son menores de 10 y
polimetilhidrosiloxanos hidrosolubles. Se usaron los ésteres grasos
con o sin butanol como disolvente portador para los tensioactivos
de EHL bajo. Esta divulgación de la invención enumera un grupo de
materiales particulados que pueden deshidratarse usando estos
reactivos. Estos incluyen carbones, arcillas, minerales de sulfuro,
fosfatos, minerales de óxido metálico, minerales industriales y
materiales de desecho, la mayoría de los cuales son hidrófilos sin
un pretratamiento adecuado. El uso de tensioactivos de EHL bajo
dados a conocer en la patente de EE.UU. nº 5.670.056 puede ser
capaz de aumentar los ángulos de contacto de los minerales que son
ya hidrófobos, pero no de las partículas hidrófilas.
Hay varias otras patentes de EE.UU. que han dado
a conocer procedimientos de uso de tensioactivos de EHL bajo como
adyuvantes de deshidratación. Las patentes de EE.UU. nº 4.447.344 y
4.410.431 han dado a conocer procedimientos de uso de tensioactivos
no iónicos hidroinsolubles con sus índices de EHL en el intervalo de
6 a 12. Estos reactivos se usaron junto con reactivos (hidrótropos)
que son capaces de mantener los tensioactivos en disolución o en la
interfase aire-agua en lugar de en la interfase
sólido-líquido, de modo que puedan utilizarse
completamente para reducir la tensión superficial. Por tanto, el
papel de los tensioactivos de EHL bajo dados a conocer en esta
invención es diferente del de los tensioactivos dados a conocer en
la patente de EE.UU. nº 5.670.056. No se adsorben sobre la
superficie de las partículas y potencian su hidrofobicidad. Los
tensioactivos de EHL bajo dados a conocer en las patentes de EE.UU.
nº 4.447.344 y 4.410.431, son los productos de reacción de un
equivalente molar de un alcohol primario que contiene 6 a 13
carbonos con 2 a 7 equivalentes molares de óxido de etileno.
La patente de EE.UU. nº 2.864.765 enseña un
procedimiento de uso de otro tensioactivo no iónico, un
polioxietilenéter de un anhídrido de hexitol de éster de ácido
graso de cadena larga parcial, que funciona solo o en solución en
queroseno. Sin embargo, la divulgación no menciona que el
tensioactivo no iónico aumente la hidrofobicidad de partículas
moderadamente hidrófobas. Además, los compuestos dados a conocer
esencialmente no se adsorben sobre la superficie sólida de las
partículas de mena y permanecen en el filtrado, como se observa en
la patente de EE.UU. nº 4.156.649. En esta última patente y también
en la patente de EE.UU. nº 4.191.655, se dieron a conocer
procedimientos de uso de alcoholes etoxilados alquílicos lineales o
ramificados como adyuvantes de deshidratación. Se usaron en
soluciones de disolventes hidrocarbonados pero en presencia de
emulsionantes hidrosolubles tales como dioctilsulfosuccinato de
sodio. Como ya se ha discutido, el uso de tensioactivos de EHL alto
puede moderar la hidrofobicidad debido a la orientación inversa y
aumentar la presión capilar.
La patente de EE.UU. nº 5.048.199 daba a conocer
un procedimiento de uso de una mezcla de un tensioactivo no iónico,
un sulfosuccinato y un agente antiespumante. La patente de EE.UU. nº
4.039.466 daba a conocer un procedimiento de uso de una combinación
de tensioactivo no iónico que tiene un grupo polioxialquileno y un
tensioactivo aniónico. La patente de EE.UU. nº 5.215.669 enseña un
procedimiento de uso de un hidroxiéter mixto hidrosouble que se
supone que funciona bien con materiales tanto hidrófobos (carbón)
como hidrófilos (fangos de aguas residuales). La patente de EE.UU.
nº 5.167.831 enseña procedimientos de uso de tensioactivos no
iónicos con índices de EHL de 10 a 14. Este procedimiento es útil
para deshidratar alúmina trihidratada del procedimiento Bayer, que
es hidrófila. La patente de EE.UU. nº 5.011.612 daba a conocer
procedimientos de uso de ácidos grasos C_{8} a C_{20},
precursores de ácidos grasos tales como ésteres o amidas o una
combinación de ácidos grasos. De nuevo, estos reactivos se diseñan
para deshidratar alúmina trihidratada hidrófila.
La patente de EE.UU. nº 4.206.063 enseña
procedimientos de uso de un éter de polietilenglicol de un glicol
lineal con su índice de EHL en el intervalo de 10 a 15 y un alcohol
primario lineal etoxilado que contiene 12 a 13 átomos de carbono en
el resto alquilo. Se usaron estos reactivos para deshidratar
concentrados minerales junto con alcoholes hidrófobos que contenían
6 a 24 átomos de carbono. La composición de esta invención se usó
preferiblemente junto con floculantes poliméricos. De forma similar,
la patente de EE.UU. nº 4.207.186 daba a conocer procedimientos de
uso de un alcohol hidrófobo y un tensioactivo no iónico cuyo índice
de EHL está en el intervalo de 10 a 15.
Es bien conocido que los aceites pueden
potenciar la hidrofobicidad del carbón, que es la razón por la que
se usan diversos aceites minerales como colectores para la flotación
de carbón. La patente de EE.UU. nº 4.210.531 enseña un
procedimiento de deshidratación de concentrados minerales usando un
floculante polimérico, seguido de una combinación de un
tensioactivo aniónico y un líquido orgánico hidroinsoluble. El uso
de floculante y tensioactivos iónicos puede ser beneficioso en la
deshidratación, pero podrían moderar la hidrofobicidad de las
partículas, y por tanto, afectar adversamente al procedimiento. La
patente de EE.UU. nº 5.256.169 enseña un procedimiento para tratar
una suspensión espesa de carbón fino con un aceite emulsionable en
combinación con un polímero elastomérico y un tensioactivo aniónico
y no iónico, deshidratar la suspensión espesa y secar la torta de
filtración, en que el aceite reduce la diseminación de los polvos
escapados. La patente de EE.UU. nº 5.405.554 enseña un
procedimiento de deshidratación de fangos municipales, que no son
hidrófobos, usando emulsiones de agua en aceite estabilizadas por
polímeros catiónicos. La patente de EE.UU. nº 5.379.902 daba a
conocer un procedimiento de uso de aceites pesados junto con dos
tipos diferentes de tensioactivos, flotación de la mezcla de
carbón-emulsión, deshidratación del producto de
flotación y secado para reconstitución. La patente de EE.UU. nº
4.969.928 enseña también un procedimiento de uso de aceites pesados
para deshidratación y reconstitución.
La patente de EE.UU. nº 4.770.766 daba a conocer
procedimientos de aumento de la hidrofobicidad de carbones oxidados
y de baja categoría usando aditivos durante la aglomeración de
aceite. El objetivo principal de este procedimiento es mejorar la
cinética de aglomeración y en última instancia la separación del
material mineral hidrófobo del carbón. Los aditivos dados a conocer
en esta invención incluyen un a variedad de aceites pesados y
aceites vegetales, alcoholes que contienen 6 o más átomos de
carbono, ácidos grasos de cadena larga, etc. Cuando se usaban estos
aditivos, la humedad de producto era menor que la que sería el caso
de otro modo. Sin embargo, el procedimiento requiere hasta 136 kg/t
de aditivos y usa de 45 a 55% en volumen de aglomerante, que se
selecciona de butano, hexano, pentano y heptano.
La patente de EE.UU. nº 5.458.786 daba a conocer
un procedimiento de deshidratación de carbón fino mediante
desplazamiento del agua de la superficie con una gran cantidad de
butano líquido. El butano gastado se recupera y recicla. La patente
de EE.UU. nº 5.587.786 enseña procedimientos de uso de butano
líquido y otros líquidos hidrófobos para deshidratar otras
partículas hidrófobas.
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A partir de lo anterior, debería ser evidente
para el lector que es un objetivo obvio de la presente invención la
provisión de procedimientos novedosos de reducción de la humedad de
materiales particulados finos durante procedimientos mecánicos de
procedimientos de deshidratación tales como filtración a vacío y a
presión y centrifugación.
Es otro objetivo importante de la invención la
provisión de mejoras en la velocidad a la que se retira el agua de
modo que un equipo de deshidratación dado pueda procesar mayores
tonelajes de materiales particulados.
Es un objetivo adicional de la presente
invención la provisión de procedimientos de deshidratación de
partículas finas novedosos que puedan reducir la humedad a un nivel
al que no sea necesario un secado térmico.
Es aún otro objetivo de la presente invención la
provisión de un procedimiento de deshidratación novedoso que no
origine efectos adversos en los procedimientos aguas arriba y abajo
cuando se recicla el agua retirada de los procedimientos de
deshidratación dados a conocer en la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención se refiere a un procedimiento según
la reivindicación 1. En particular, la presente invención da a
conocer procedimientos para volver hidrófobos los materiales
particulados suspendidos en agua y/o potenciar la hidrofobicidad de
los materiales, de modo que se mejore el procedimiento de retirada
del agua mediante procedimientos mecánicos tales como filtración y
centrifugación. Las mejoras darán como resultado una menor humedad
de producto y/o mayor rendimiento. La esencia de la invención es
volver razonablemente hidrófobas las partículas en primer lugar
mediante medios adecuados, y después, añadir tensioactivos de EHL
bajo no iónicos para potenciar significativamente la hidrofobicidad
de los materiales particulados, de modo que las presiones
necesarias para expulsar la humedad de los capilares menores se
reduzcan sustancialmente. Esto aumentará en gran medida la
velocidad de deshidratación y reducirá la humedad de torta.
Los reactivos potenciadores de la hidrofobicidad
dados a conocer en la presente invención tienen índices de EHL
inferiores a 15, y son insolubles en agua. Por lo tanto, pueden
usarse disolventes apropiados tales como aceites hidrocarbonados
ligeros y alcoholes de cadena corta junto con los tensioactivos de
EHL bajo. Los aceites hidrocarbonados ligeros, que deberían
considerarse también como tensioactivos de EHL, pueden actuar
también como agentes potenciadores de la hidrofobicidad. Además,
los empaquetamientos de reactivos usados en la presente invención
son capaces de reducir la tensión superficial. También, las
partículas coagulan debido a la hidrofobicidad aumentada y, así,
aumenta el radio capilar. Por tanto, las composiciones reactivas
dadas a conocer en la presente invención son capaces de aumentar el
ángulo de contacto, reducir la tensión superficial y aumentar el
radio capilar, todo lo cual debería contribuir a reducir la presión
capilar y mejorar la deshidratación. La presente invención da a
conocer también la dosificación de reactivo mediante adición de
cationes y conseguir una reducción sustancial de la humedad
pulverizando reactivos en la torta de filtración y aplicando
vibración mecánica durante el tiempo del ciclo de secado.
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En cualquier procedimiento mecánico de
deshidratación, puede retirarse fácilmente el grueso del agua
presente en una corriente de alimentación. Es principalmente el
agua residual que se adhiere a la superficie de las partículas la
que es difícil de retirar. Se da una clara evidencia de esto por el
hecho de que las humedades de torta residuales son proporcionales
al área superficial de los materiales particulados, que a su vez
aumenta al reducirse el tamaño de partícula. Por tanto, la
dificultad de retirar el agua superficial puede considerarse que
surge del hecho de que las moléculas de agua se mantienen
fuertemente en la superficie por enlaces de hidrógeno. Este sería
particularmente el caso con partículas hidrófilas, que por
definición tienen una afinidad innata por el agua. Puede elegirse
romper los enlaces de H sometiendo la suspensión espesa a calor o a
un campo de fuerza mecánica muy alta creado mediante centrifugación
o presión. Sin embargo, estos procedimientos conllevan altos costes
de energía y problemas de mantenimiento. Sería una mejor opción
desestabilizar las moléculas de agua sobre la superficie de las
partículas de modo que pudieran desprenderse (o liberarse) más
fácilmente de la superficie y retirarse posteriormente mediante
fuerzas mecánicas más débiles. La presente invención da a conocer
procedimientos de desestabilización del agua de superficie volviendo
las partículas sustancialmente más hidrófobas que lo necesario
habitualmente para la flotación de minerales y carbón usando
tensioactivos apropiados y combinaciones de los mismos.
Termodinámicamente, la deshidratación puede
representarse como un procedimiento en el que la interfase
sólido/líquido, cuya tensión interfacial es \gamma_{12}, se
desplaza por una interfase aire/agua cuya tensión superficial es
\gamma_{13}. La variación de energía libre, \DeltaG, asociada
al procedimiento de deshidratación puede obtenerse usando la
siguiente relación:
[2]\DeltaG =
\gamma_{13}
-\gamma_{12}
Si la \DeltaG se hace negativa, el
procedimiento de deshidratación se hace espontáneo. La condición en
la que \DeltaG<0 puede encontrarse considerando la siguiente
relación, que es conocida como la ecuación de Young:
[3]\gamma_{13} -
\gamma_{12} = \gamma_{23}
cos\theta
en la que \gamma_{12} y
\gamma_{13} tienen el mismo significado que en la Ec. [2] y
\gamma_{23} representa la tensión interfásica en la interfase
aire/agua. Sustituyendo la Ec. [3] en la Ec. [2], se obtiene la
siguiente
relación:
[4]\DeltaG =
\gamma_{23} cos
\theta
La Ec. [4] sugiere que la \DeltaG se hace
negativa, concretamente, el procedimiento de deshidratación se hace
espontáneo, cuando \theta supera los 90º. Puede extraerse la misma
conclusión de la Ec. [1], que sugiere que la presión capilar se
vuelve negativa a ángulos de contacto obtusos.
El procedimiento de flotación está también
basado en hidrofobizar partículas minerales. Se usan colectores
apropiados para volver la superficie hidrófoba de modo que las
burbujas de aire puedan desplazar el agua que se ha hecho lábil
debido a la hidrofobización de la superficie y establecer un
contacto trifásico. Para que el procedimiento de adhesión de
burbuja-partícula (o formación del contacto
trifásico) sea espontáneo, debe mantenerse la siguiente
relación:
[5]\DeltaG =
\gamma_{12} - \gamma_{13} - \gamma_{23} <
0
Sustituyendo la Ec. [3] en la Ec. [5], se
obtiene la siguiente relación:
[6]\DeltaG =
\gamma_{23}(cos \theta-1) <
0
que sugiere que la condición para
la adhesión de burbuja-partícula (o flotación) es
\theta>0. Comparando las Ec. [4] y [6], puede verse claramente
que el requisito de hidrofobicidad para la flotación es mucho menor
que para la deshidratación. Por esta razón, los que practican la
flotación se han contentado con el grado de hidrofobicidad obtenido
usando colectores. Prácticamente todos los colectores usados en la
industria hoy en día se diseñan para volver los minerales
hidrófobos con ángulos de contacto muy por debajo de 90º. Al mismo
tiempo, puede verse por qué deshidratar los concentrados minerales
ha sido tan difícil. Los productos flotantes simplemente no son
suficientemente hidrófobos para una deshidratación
eficaz.
Si el ángulo de contacto con agua es menor de
90º, el procedimiento ya no es espontáneo. Debe suministrarse
energía al sistema para desplazar el agua superficial. La Ec. [4]
muestra que el requisito de energía libre se reduce al reducir la
tensión superficial y aumentar el ángulo de contacto. De estas dos
variables, el control del ángulo de contacto es un medio más
potente para reducir la humedad de torta, particularmente si puede
aumentarse por encima de 45º. Se considera el caso en que puede
aumentarse el ángulo de contacto de 45 a 85º usando medios
apropiados. Esto reducirá el requisito de energía 8,1 veces.
Igualmente, se reducirá también el radio capilar crítico (r_{c})
8,1 veces, según la ecuación de Laplace (Ec. [1]). Se considera
ahora el caso en que la tensión superficial se reduce de 72 a 40
mN/m. Esto reducirá el requisito de energía y el r_{c} sólo 1,8
veces. Obsérvese también que reducir la tensión superficial a 40
mN/m requiere una gran cantidad de tensioactivo, que puede causar
efectos dañinos tales como moderación de la hidrofobicidad (debido
a la orientación inversa) y problemas de espumación.
En la flotación, se usan diversos colectores
para volver hidrófobos los constituyentes minerales seleccionados.
Los colectores se adsorben sobre la superficie con un modo de
orientación normal, concretamente, con sus cabezas polares en
contacto con la superficie y sus colas hidrocarbonadas apuntando
hacia la fase acuosa. Por tanto, las moléculas colectoras recubren
eficazmente la superficie con colas hidrocarbonadas (o hidrófobas)
que son hidrófobas. Sin embargo, las colas hidrocarbonadas no
forman habitualmente una monocapa estrechamente empaquetada a las
dosificaciones empleadas normalmente en la práctica de la flotación.
Incluso a altas dosificaciones, las colas hidrocarbonadas de las
moléculas colectoras no forman monocapas estrechamente empaquetadas.
La razón es que la interacción entre las cabezas polares y la
superficie es específica de sitio y el número de sitios reactivos
disponibles en las superficies minerales es menor que los necesarios
para formar monocapas estrechamente empaquetadas. Por ejemplo, el
número de sitios de carga negativa disponibles en la superficie de
mica es aproximadamente la mitad de los necesarios para que los
iones de dodecilamonio formen una capa estrechamente empaquetada.
Por tanto, las moléculas colectoras forman habitualmente monocapas
de colas hidrocarbonadas escasamente pobladas, estando llenados los
espacios entre ellas con moléculas de agua. En dichos casos, los
ángulos de contacto son habitualmente muy inferiores a 90º. Dicha
hidrofobicidad moderada puede ser suficiente para la flotación,
pero no para la deshidratación
espontánea.
espontánea.
Smith ("Transitions of AIME", vol. 226,
pág. 427-433, 1963) mostró que los ángulos de
contacto de la sílice estaban en el intervalo de 15 a 30º en
soluciones de clorhidrato de dodecilamonio a pH 6. Cuando se añadían
cantidades pequeñas de dodecanol, el ángulo de contacto aumentaba a
40 a 70º. Yoon y Ravishankar (J. Colloid and Interface
Science, vol. 179, pág. 391, 1996) reseñaron resultados
similares con mica sumergida en soluciones de clorhidrato de
dodecilamonio que contenían pequeñas cantidades de octanol o
dodecanol. Estos investigadores mostraron también que las fuerzas
hidrófobas aumentaban bruscamente al ángulo de contacto de 90º.
En la presente invención, se usan diversos
tensioactivos no iónicos para aumentar el ángulo de contacto a
cerca o más de 90º, de modo que mejore en gran medida la eficacia de
deshidratación de materiales particulados finos. Esto se consigue
usando diversos tensioactivos neutros (o no iónicos) de EHL bajo que
pueden ser útiles para producir monocapas más completas. Parte de
los tensioactivos pueden adsorberse entre las colas hidrocarbonadas
escasamente pobladas y aumentar así la densidad de cadena
hidrocarbonada en la superficie, lo que conduce a la potenciación
de la hidrofobicidad. Algunos de los tensioactivos pueden adsorberse
sobre la primera monocapa de hidrófobos, lo que debería aumentar
también la hidrofobicidad. Puesto que el resto más hidrófobo de un
tensioactivo de EHL bajo es atraído por los hidrófobos en la
superficie mediante interacción hidrófoba, puede exponerse a la
fase acuosa la parte más polar de la molécula. Sin embargo, dicha
orientación no debería moderar significativamente la
hidrofobicidad, porque la polaridad de los grupos de cabeza de los
tensioactivos de EHL bajo dados a conocer en la presente invención
es mucho menor que la de los tensioactivos de EHL alto.
En la parte menos hidrófoba de la superficie,
los tensioactivos de EHL bajo dados a conocer en la presente
invención pueden adsorberse con sus partes polares en contacto con
la superficie, posiblemente mediante interacciones
ácido-base. Dicho mecanismo de adsorción tendrá las
colas hidrocarbonadas apuntando hacia la fase acuosa, y convertirá
así los sitios menos hidrófobos en los más hidrófobos cubriendo los
sitios con hidrófobos.
Los tensioactivos no iónicos dados a conocer en
la presente invención tienen índices de EHL inferiores a 15. Estos
incluyen ácidos grasos, ésteres grasos, ésteres fosfato, polímeros
hidrófobos, éteres, derivados de glicol, derivados de sarcosina,
tensioactivos y polímeros basados en silicio, derivados de sorbitán,
ésteres de sacarosa y glucosa y derivados, derivados basados en
lanolina, ésteres de glicerol, ésteres grasos etoxilados, aminas y
amidas etoxiladas, alcoholes lineales etoxilados, triglicéridos
etoxilados, aceites vegetales etoxilados, ácidos grasos etoxilados,
etc. La mayoría de estos reactivos son insolubles en agua; por lo
tanto, se usan normalmente en disolventes apropiados, que son
aceites hidrocarbonados ligeros y alcoholes de cadena corta cuyo
número de átomos de carbono es menor de 8. Los aceites
hidrocarbonados ligeros incluyen gasoil, queroseno, gasolina,
destilado de petróleo, trementina, aceites naftánicos, aceites
vegetales, etc.
Los aceites hidrocarbonados ligeros pueden
actuar también como reactivos potenciadores de la hidrofobicidad.
Además, tanto los aceites hidrocarbonados ligeros como los alcoholes
de cadena corta pueden actuar como tensioactivos añadidos que
pueden reducir la tensión superficial del agua. Esto es posible
porque las tensiones superficiales de los disolventes usados en la
presente invención están en el intervalo de 20 a 30 mN/m. Por tanto,
el uso de un tensioactivo de EHL bajo junto con un disolvente
apropiado se dirige a dos de los tres parámetros que son
importantes para mejorar la deshidratación, a saber, aumentar el
ángulo de contacto y reducir la tensión superficial. Parece que los
adyuvantes de deshidratación dados a conocer en la presente
invención causan también que las partículas coagulen a causa de la
hidrofobicidad aumentada. Este fenómeno, conocido como coagulación
hidrófoba, debería aumentar el radio capilar y ayudar a deshidratar.
La evidencia de coagulación hidrófoba viene dada por el hecho de
que el grosor de torta aumenta aproximadamente un 10% en presencia
de los adyuvantes de deshidratación. Por lo tanto, las
combinaciones de los reactivos usados en la presente invención son
capaces de controlar los tres parámetros sugeridos por la ecuación
de Laplace (Ec. [1]), concretamente, ángulo de contacto, tensión
superficial y radio capilar, para conseguir una reducción máxima de
la humedad. Los tensioactivos de EHL alto y floculantes poliméricos
se dirigen habitualmente a uno, y afectan adversamente a los otros,
como se ha discutido.
Aunque la coagulación hidrófoba causa que el
radio capilar aumente, lo que es beneficioso para la deshidratación,
se da a conocer aún otro procedimiento para conseguir lo mismo. En
la presente invención, se añaden iones metálicos para coagular
partículas, lo que se ha encontrado que reduce drásticamente la
cantidad de tensioactivos necesaria para conseguir la reducción de
humedad deseada. Pueden usarse diversos iones metálicos con este
fin. En general, cuanto mayor es la valencia de los cationes, menor
es la cantidad de reactivos necesaria para obtener efectos
beneficiosos. Los reactivos pueden añadirse antes, durante o después
de la adición de los adyuvantes de deshidratación dados a conocer
en la presente invención.
De los tres parámetros que afectan a la
deshidratación, el ángulo de contacto es probablemente el más
importante. En la presente invención, el ángulo de contacto aumenta
usando tensioactivos de EHL bajo junto con aceites hidrocarbonados
ligeros y alcoholes de cadena corta. La fuerza impulsora del
mecanismo de adsorción es la atracción hidrófoba. Puesto que existe
atracción hidrófoba sólo entre dos entidades hidrófobas, es
necesario que las partículas a deshidratar se vuelvan hidrófobas
antes de o durante la adición de los tensioactivos de EHL bajo.
Para partículas hidrófilas tales como sílice no tratada y arcilla,
se hidrofobizan adsorbiendo tensioactivos apropiados sobre la
superficie. Después de la etapa de hidrofobización inicial, puede
añadirse un tensioactivo de EHL bajo para potenciar adicionalmente
la hidrofobicidad para una deshidratación mejorada. Los
tensioactivos que pueden usarse entonces para la etapa de
hidrofobización inicial son habitualmente tensioactivos de EHL alto
cuyos grupos de cabeza polares pueden interaccionar con la
superficie mediante atracción culómbica, enlace químico,
transferencia electrónica o interacciones
ácido-base, mientras que sus colas no polares están
dirigidas hacia la fase acuosa. Si un concentrado mineral de
procedimientos de flotación envejece o se oxida durante el
almacenamiento y transporte, es necesario rehidrofobizar la
superficie usando cantidades apropiadas de colectores (u otros
tensioactivos de EHL alto) antes de añadir los tensioactivos de EHL
bajo.
La presente invención da a conocer también un
procedimiento para reducir la humedad de torta final aplicando una
vibración apropiada a la torta de filtración. Es posible que la
vibración mejore el transporte del agua que se ha hecho lábil
aumentando la hidrofobicidad de los materiales particulados a
deshidratar. Esta técnica es particularmente útil para reducir la
humedad de las tortas más gruesas.
La presente invención da a conocer aún otro
procedimiento para reducir la humedad de torta. Esta técnica implica
pulverizar aceites hidrocarbonados ligeros y alcoholes de cadena
corta sobre una torta de filtración, lo que es particularmente útil
para alcanzar una baja humedad de torta con tortas gruesas. Se cree
que estos reactivos reducen la tensión superficial del agua
residual que queda en la torta de filtración. Esta técnica es eficaz
para reducir la tensión superficial del agua que es más difícil de
retirar. Pulverizar tensioactivo de EHL bajo sobre una torta de
filtración es también eficaz para conseguir bajas humedades de torta
usando un consumo de reactivo muy poco aumentado.
Es un beneficio añadido de usar los adyuvantes
de deshidratación dados a conocer en la presente invención que la
cinética de la deshidratación mecánica mejora sustancialmente, lo
que aumenta en gran medida el rendimiento de los dispositivos de
deshidratación. Además, los adyuvantes de deshidratación de la
presente invención tienen las características de agentes
antiespumantes, lo que es muy importante para procesar los
materiales particulados producidos por procedimientos de flotación.
También, la mayoría de los reactivos añadidos como adyuvantes de
deshidratación y combinaciones de los mismos se adsorben sobre la
superficie de los materiales particulados, de modo que el agua
retirada del procedimiento de deshidratación puede reciclarse sin
crear problemas en los procedimientos aguas
arriba.
arriba.
Se usaron muchas muestras diferentes para los
ensayos de deshidratación. Estas incluyen flor de sílice (<0,037
mm de malla), una arcilla de caolín brasileña (al 90% más fina de 2
\mum), diversas muestras de carbón de diferentes fuentes y
concentrados minerales de sulfuro. Las dos primeras eran hidrófilas.
Por lo tanto, se trataron con un tensioactivo catiónico para volver
moderadamente hidrófoba la superficie. Se potenció adicionalmente
la hidrofobicidad usando un tensioactivo de EHL bajo disuelto en un
aceite hidrocarbonado ligero adecuado antes de someter la muestra a
un ensayo de deshidratación. Cuando se recibieron los concentrados
minerales de sulfuro de Europa, estaban superficialmente oxidados y
se hicieron hidrófilos. Como medio para regenerar una superficie
hidrófoba reciente, se sometieron a reflotación usando un colector
de tiol y metilisobutilcarbinol (MIBC) como espumante. Los
resultados obtenidos sin la etapa de reflotación fueron
relativamente malos, indicando que los tensioactivos de EHL bajo no
se adsorben sobre muestras que se han hecho hidrófilas debido a la
oxidación durante el transporte.
Algunas de las muestras de carbón se usaron como
se recibieron. Sin embargo, la mayoría de los ensayos se realizaron
después de reflotación usando reactivos de flotación estándar tales
como queroseno y MIBC. Cuando una muestra se hizo hidrófila debido
al envejecimiento y oxidación superficial durante el transporte, se
molió en húmedo en un molino de bolas durante un corto periodo de
tiempo para retirar los productos de oxidación y regenerar la
superficie reciente moderadamente hidrófoba. Este procedimiento
ayudó a los tensioactivos de EHL bajo a funcionar mejor, indicando
que no se adsorben sobre superficies hidrófilas. Para eliminar los
problemas referentes a la oxidación, se realizaron muchos ensayos
usando productos de carbono gruesos del circuito de densidad media.
Estas muestras se trituraron, se pulverizaron, se molieron en húmedo
en un molino de bolas y se sometieron a flotación usando queroseno
y MIBC. Se dispuso el producto de flotación en un recipiente y se
agitó continuamente. Se transfirió un volumen conocido de la
suspensión espesa a un matraz Erlenmeyer. Se añadió una cantidad
conocida de adyuvante de deshidratación al matraz antes de agitar
durante 2 minutos. La suspensión espesa acondicionada se vertió
entonces en un filtro para iniciar un ensayo de filtración. Después
de un tiempo de ciclo de secado prefijado, se retiró el producto del
filtro, se secó en una estufa durante una noche y se pesó entonces
para determinar la humedad de torta. Durante cada ensayo, se
registró el tiempo de formación de torta, que es el tiempo que
lleva drenar el grueso del agua, junto con el grosor de torta. Para
filtración a vacío, se usó un embudo Buchner de 6,35 cm de diámetro
con una frita de vidrio de porosidad media. Para realizar ensayos a
grosores de torta altos, se elevó la altura del filtro Buchner. Para
filtración a presión, se usó un filtro a presión de aire de 6,35 cm
de diámetro con medio de tejido de tela para realizar ensayos a
diferentes presiones. Estaba hecho de plexiglás, de modo que
pudieran observarse los eventos que tienen lugar durante la
filtración.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1
En este ejemplo, se usó monooleato de sorbitán
(Span 80), cuyo índice de EHL es 4,3, como adyuvante de
deshidratación. Puesto que el tensioactivo es insoluble en agua, se
disolvió en un disolvente adecuado antes del uso. En este ejemplo,
se realizaron los ensayos de deshidratación con el tensioactivo
disuelto en cinco disolventes diferentes, que incluían gasoil,
queroseno, fueloil, gasolina y butanol. Se realizó cada ensayo
usando una parte en volumen del ingrediente activo disuelta en dos
partes de disolvente.
Se usó un embudo Buchner de 6,35 cm de diámetro
con frita de vidrio de porosidad media a una presión de vacío de
84,7 kPa con un tiempo de ciclo de secado de 2 minutos y un grosor
de torta de 1,143 cm. Se realizaron los ensayos en una muestra de
carbón de Pittsburg. Era un producto de carbón limpio de densidad
media que se trituró, molió y tamizó para obtener una fracción de
0,5 mm x 0. Se sometió a flotación la muestra de carbón fino como
tal usando una máquina de flotación de laboratorio usando 0,5 kg/t
de queroseno como colector y 82,7 g/t de MIBC como espumante. Se
usó el producto de flotación como alimentación de ensayos de
filtración. Se prepararon las alimentaciones a los experimentos de
filtración cada día para asegurar que la superficie del carbón
estuviera reciente y fuera moderadamente hidrófoba. El monooleato de
sorbitán y otros tensioactivos de EHL bajo dados a conocer en la
presente memoria no funcionan bien cuando las muestras son
hidrófilas. También, su actuación se deteriora significativamente
cuando las muestras se oxidan haciéndose parcialmente
hidrófilas.
La Tabla 1 muestra los resultados de los
experimentos de filtración. El gasoil y queroseno dieron los mejores
resultados. En general, los aceites minerales daban
considerablemente mejores resultados que el butanol, que se usó
como disolvente para ésteres grasos monoinsaturados cuyos índices de
EHL eran menores de 10 en la patentes de EE.UU. nº 5.670.056. A 1,5
a 2,5 kg/t de monooleato de sorbitán, las reducciones de humedad
fueron de casi un 50%. Dichos resultados son bastantes superiores a
los que pueden conseguirse usando adyuvantes de deshidratación
convencionales que se diseñan para controlar la tensión
superficial.
Ejemplo
2
Se usó monooleato de sorbitán como adyuvante de
deshidratación en la filtración de muestras de carbón usando gasoil
como disolvente. Se disolvió una parte de tensioactivo en volumen en
dos partes de disolvente antes del uso. La muestra de carbón usada
en este ejemplo era un producto de flotación de 0,6 mm x 0 de la
planta de preparación de carbón Blackwater, Australia, que se
recibió en forma de suspensión espesa. Sin embargo, se encontró que
la muestra se había oxidado considerablemente durante el transporte.
Como medio de regenerar una superficie reciente, se molió en húmedo
la muestra de carbón en un molino de bolas durante 1,5 minutos, y
se sometió a reflotación usando 0,5 kg/t de queroseno y 8,27 g/t de
MIBC. El procedimiento de regeneración de la superficie reciente y
reflotación del carbón pulverizado volvía la superficie del carbón
moderadamente hidrófoba, lo que parecía ser un prerrequisito para
que los adyuvantes de deshidratación dados a conocer en la presente
invención funcionaran más eficazmente.
Se realizaron los ensayos de filtración a
presión a diferentes adiciones de reactivo, grosor de torta y
presiones de aire. En cada ensayo, se emplearon 2 minutos de tiempo
de acondicionamiento y 2 minutos de tiempo de ciclo de secado. Se
dan los resultados en la Tabla 2. Las dosificaciones de reactivo
dadas en esta tabla designan sólo el ingrediente activo. En
general, la reducción de la humedad mejora al aumentar la
dosificación de reactivo, reducir el grosor de torta y aumentar la
presión de aire. A 200 kPa de presión de aire, se redujo la humedad
de torta en casi un 50% a 2,16 cm de grosor de torta y 2,5 kg/t de
monooleato de sorbitán.
Ejemplo
3
Se ensayó también monooleato de sorbitán como
adyuvante de deshidratación para concentrado de cinc (esfalerita).
La muestra era un producto de flotación (0,105 mm x 0) que, sin
embargo, se oxidó durante el transporte. Como medio de regenerar
una superficie hidrófoba reciente, se molió en húmedo la muestra en
un molino de bolas durante 1,5 minutos y se sometió a reflotación
usando 55,1 g/t de isopropilxantato de sodio (NaIPX) y 55,1 g/t de
MIBC. Se sometió el producto de flotación a ensayos de filtración
usando un filtro de 6,35 cm de diámetro de 100 kPa de presión de
aire y 2 minutos de tiempo de ciclo de secado. Se varió el grosor de
torta cambiando el volumen de suspensión espesa usado en los
ensayos de filtración. Se dan los resultados en la Tabla 3. Las
reducciones de humedad porcentuales fueron de 64,1, 54,8 y 52,8% a
0,508, 0,762 y 1,524 cm de grosores de capa, respectivamente, a 1,5
kg/t de monooleato de sorbitán. La reducción de humedad no aumentó
además significativamente a 2,5 kg/t.
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Ejemplo
4
El oleato de etilo es otro tensioactivo de bajo
índice de EHL que se ensayó como adyuvante de deshidratación en la
presente invención. Este reactivo se usó también como adyuvante de
deshidratación en la patente de EE.UU. nº 5.670.056, en la que se
usó butanol como disolvente portador. En el presente ejemplo, se
ensayó oleato de etilo para filtración a vacío de un carbón de
Pittsburgh de 0,5 mm x 0 usando aceites minerales como disolventes.
El procedimiento de preparación de la muestra de carbón y los
procedimientos empleados para los experimentos de filtración fueron
los mismos que se describen en el ejemplo 1. Se dan en la Tabla 4
los resultados obtenidos con cuatro aceites minerales diferentes y
se comparan con los obtenidos usando butanol como disolvente. Como
se muestra, los aceites minerales produjeron resultados
considerablemente mejores que el butanol.
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Ejemplo
5
Se usó oleato de etilo como adyuvante de
deshidratación para la filtración a vacío de una muestra de carbón
bituminoso de Elkview Mine, Columbia Británica, Canadá. La muestra
era un producto de flotación de 0,21 mm x 0 que se recibió en forma
de una suspensión espesa. Se oxidó durante el transporte; por lo
tanto, se molió en húmedo la muestra en un molino de bolas y se
sometió a reflotación usando 0,5 kg/t de queroseno y 82,7 g/t de
MIBC antes de la filtración. Se usó un embudo Buchner de 6,35 cm de
diámetro a presión a vacío de 84,7 kPa y 2 min de tiempo de ciclo
de secado. Se realizaron los ensayos usando diferentes cantidades de
oleato de etilo disuelto en soluciones al 33,3% en gasoil a
grosores de torta de 0,635 cm y 1,27 cm. A 2,5 kg/t de oleato de
etilo, las reducciones de humedad fueron de 71,3 y 57,4% a 0,635 cm
y 1,27 cm de grosores de torta, respectivamente.
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Ejemplo
6
Se ensayó oleato de etilo como adyuvante de
deshidratación para un concentrado de plomo (0,074 mm x 0) recibido
de una planta de flotación en Europa. Se disolvió una parte en
volumen de tensioactivo en 2 partes de gasoil antes del uso. La
muestra, que se recibió en forma de una suspensión espesa espesada,
se oxidó durante el transporte. Para generar una superficie
hidrófoba reciente, se molió en húmedo la muestra durante 1,5
minutos y se sometió a reflotación usando 55,1 g/t de NaIPX y 55,1
g/t de MIBC antes de la filtración. Se usó un embudo Buchner de
6,35 cm de diámetro para la filtración a una presión de vacío de
84,7 kPa y en un tiempo de ciclo de secado de 2 minutos. Se
realizaron los ensayos a diversas adiciones de reactivo y grosores
de torta. A 1,5 kg/t de oleato de etilo, se redujo la humedad de
torta a un 6% a 1,524 cm de grosor de torta. A dicho bajo nivel de
humedad, no sería necesario secar el concentrado adicionalmente
usando un secador térmico.
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Ejemplo
7
Se han descrito polimetilhidrosiloxanos (PMHS)
como adyuvantes de deshidratación en la patente de EE.UU. nº
5.670.056. Sin embargo, esta divulgación no enseña que pueden
obtenerse mejores resultados cuando los reactivos se usan después
de disolverlos en disolventes apropiados. La Tabla 7 muestra los
resultados de los ensayos de filtración a vacío realizados usando
un PMHS cuyo peso molecular es de 2.900 con y sin diversos
disolventes. Se realizaron los ensayos de filtración en un carbón
de Pittsburg de la misma manera que se describe en el ejemplo 1.
Los resultados muestran que el uso de disolventes adecuados reducía
significativamente la humedad de torta. Esto sería particularmente
importante cuando se usen polímeros hidrófobos de altos pesos
moleculares.
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Ejemplo
8
El monooleato de sorbitán con 20 grupos
polioxietileno (POE) (Tween 80) es un tensioactivo no iónico con su
índice de EHL en 15, que es mayor que los de otros tensioactivos no
iónicos dados a conocer en la presente invención. No obstante, el
reactivo no era completamente soluble en gasoil. Por lo tanto, se
mezcló una parte en volumen de tensioactivo con dos partes de
gasoil y una parte de butanol antes del uso. Se usó el tensioactivo
no iónico disuelto en el disolvente mixto como adyuvante de
deshidratación para un carbón bituminoso (0,84 mm x 0) de Massey
Coal Company, Virginia Occidental, usando un filtro de presión de
6,35 cm de diámetro. La muestra de carbón era un producto en
espiral que se molió en húmedo en un molino de bolas y se sometió a
flotación usando 0,5 kg/t de queroseno y 110,2 g/t de MIBC. Se
realizaron los experimentos de filtración a 200 kPa de presión de
aire variando la adición de reactivo y el grosor de torta a 2 min de
tiempo de ciclo de secado. Se obtuvieron los mejores resultados a
0,5 y 1 kg/t. A 1 kg/t de Tween 80 y 2,032 cm de grosor de torta, la
reducción de humedad fue de un 54,9%. A menores grosores de torta,
se consiguieron mayores niveles de reducción de humedad. De forma
interesante, la reducción de humedad desciende a dosificaciones de
reactivo mayores, lo que puede ser debido a la orientación inversa
de las moléculas tensioactivas con sus cabezas polares (grupos OE)
apuntando hacia la fase acuosa. Dicha orientación debería hacer
menos hidrófoba la superficie, lo que se perjudicial para la
deshidratación. La orientación inversa es posible con un
tensioactivo no aniónico con un índice de EHL relativamente alto,
particularmente con grupos OE.
Se realizaron también los ensayos de filtración
a vacío usando Tween 80 disuelto en gasoil solo y en butanol solo.
Los resultados no fueron tan buenos como los obtenidos usando los
disolventes mixtos como se muestra en la Tabla 8.
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Ejemplo
9
Los ésteres fosfato constituyen un grupo
importante de tensioactivos de EHL bajo. Pueden usarse también como
adyuvantes de deshidratación para carbón y otros concentrados
minerales que son moderadamente hidrófobos. La Tabla 9 muestra los
resultados obtenidos usando dihidrogenofosfato de tridecilo (TDDP)
(un éster monotridecílico del ácido fosfórico) como adyuvante de
deshidratación en la filtración a vacío de una muestra de carbón de
Pittsburgh (0,5 mm x 0). Se usaron diversos aceites minerales y
butanol como disolventes para el tensioactivo de EHL bajo. Los
aceites minerales, particularmente gasoil y queroseno, dieron
mejores resultados que el butanol. Con gasoil, la reducción de
humedad fue de un 50%. La preparación de muestra y los
procedimientos experimentales empleados fueron los mismos que se
describen en el ejemplo 1. Todos los ensayos de filtración se
realizaron a un grosor de torta de 1,143 cm.
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Ejemplo
10
La eficacia del TDDP puede atribuirse a la
probabilidad de que potencie la hidrofobicidad del carbón. Para
confirmar esta posibilidad, se realizaron medidas de ángulos de
contacto en una muestra de carbono de Pittsburgh pulido, y los
resultados se dan en la Tabla 10. Se muestran también para
comparación los resultados de los ensayos de filtración a vacío
realizados en la muestra de carbón de Pittsburgh y las tensiones
superficiales del filtrado. Se realizaron los ensayos de filtración
usando un embudo Buchner de 6,35 cm de diámetro a 84,7 kPa de
presión a vacío, 2 minutos de tiempo de ciclo de secado y grosor de
torta de 1,143 cm. La muestra era un producto de densidad media,
que se trituró y molió para obtener una fracción de 0,5 mm x 0. Se
sometió a flotación la muestra de carbón fina usando 0,5 kg/t de
queroseno y 110,2 g/t de MIBC.
Como se muestra, la adición de reactivo causó un
aumento del ángulo de contacto y una reducción de la tensión
superficial, conduciendo ambos a una deshidratación mejorada. Es
interesante que el ángulo de contacto aumentara de 12º a 90º a 1,5
kg/t. Termodinámicamente, el agua debería alejarse espontáneamente
de una superficie sólida cuando su ángulo de contacto supere los
90º. El hecho de que todavía quede agua en la torta a dicho alto
ángulo de contacto puede ser un reflejo de la lenta cinética de
transporte del agua "liberada" desde la superficie a través de
la torta. El papel primario de los tensioactivos de EHL bajo es
ayudar a liberar las moléculas de agua adheridas sobre la
superficie del carbón aumentando adicionalmente su hidrofobicidad.
Tanto el tensioactivo no iónico como el disolvente pueden haber
contribuido a reducir la tensión superficial.
Puede ser digno de mención que a 0,5 kg/t de
queroseno, la humedad se reducía de 28,4 a 25,3%, que es bastante
menos que en los casos de uso de mezclas de TDDP y gasoil. Incluso
cuando aumentaba la dosificación de queroseno (o cualquier otro
aceite mineral o vegetal), la reducción de humedad no superaba más
de un 5%. Cuando se aumentó la dosificación de queroseno a
cantidades muy grandes, el contenido de humedad aumentó en realidad.
Esto puede atribuirse a la probabilidad de que el agua se atrape en
los flóculos de carbón creados en presencia de grandes cantidades de
aceite. Sólo cuando se usan cantidades razonables de tensioactivos
de EHL bajo, tales como TDDP y otros dados a conocer en la presente
invención, junto con disolventes apropiados, pueden conseguirse
reducciones significativas de humedad.
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Ejemplo
11
Se usó un carbón bituminoso de Elkview Mine,
Columbia Británica, Canadá, para una serie de ensayos de filtración
a presión usando TDDP como adyuvante de deshidratación. Se disolvió
una parte en volumen de reactivo en dos partes de gasoil antes del
uso. Se realizaron los ensayos usando un filtro de presión de 6,35
cm de diámetro a 200 kPa de presión de aire y 2 min de tiempo de
ciclo de secado. La muestra de carbón era un producto de flotación
(0,21 mm x 0) recibido en forma de una suspensión espesa. Se sometió
a reflotación la muestra usando 0,5 kg/t de queroseno y 82,7 g/t de
MIBC como medio de regenerar superficies hidrófobas recientes. Se
realizaron los ensayos de filtración a diferentes grosores de torta
usando diferentes cantidades de reactivos. A 2,5 kg/t de TDDP y
grosores de torta de 0,635 cm, se redujo la humedad de 25,8 a 5,8%,
lo que representa un 77,5% de reducción. La humedad se redujo a
menos de un 10% incluso a un grosor de torta de 1,27 cm.
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Ejemplo
12
Se usan diversos tensioactivos iónicos como
adyuvantes de deshidratación para deshidratar carbón fino. Brooks y
Bethel (1984) usaron tensioactivos catiónicos (aminas) para obtener
mejoras significativas en la deshidratación de carbón fino. Por lo
tanto, sería de interés comparar la actuación de los tensioactivos
de EHL bajo usados en la presente invención con las obtenidas
usando aminas. La Tabla 12 compara los resultados de ensayos de
filtración a vacío realizados en un carbón bituminoso de la planta
de preparación de carbón Middle Fork, Virginia, usando dos
tensioactivos catiónicos diferentes (diaminociclohexano y cloruro de
dodecilamonio) de altos índices de EHL y dos tensioactivos no
iónicos de EHL bajo diferentes (monooleato de sorbitán y TDDP). La
muestra de carbón era un producto de densidad media que se trituró
y molió para obtener una fracción de 0,6 mm x 0. Todos los ensayos
se realizaron usando un embudo Buchner de 6,35 cm de diámetro a 84,7
kPa de presión de vacío, 2 min de tiempo de secado y grosor de
torta de 1,143 cm. Los resultados dados en la Tabla 12 muestran que
los tensioactivos de EHL bajo usados de la manera dada a conocer en
la presente invención son sustancialmente más eficaces que los
tensioactivos de EHL alto.
Ejemplo
13
Como se discute en el ejemplo 10, una cosa es
liberar las moléculas de agua de la superficie de las partículas a
deshidratar usando tensioactivos de EHL bajo, pero otra cosa es
transportar las gotitas de agua liberada a través de una torta de
filtración. El último problema se hace más serio con las tortas más
gruesas. Un modo de minimizar el segundo problema es aplicar
vibración durante la filtración. Por lo tanto, se sometió un carbón
bituminoso (0,6 mm x 0) de Massey Coal Company a una serie de
experimentos de filtración a vacío, en los que se hizo vibrar un
embudo Buchner de 6,35 cm durante los 5 min de tiempo de ciclo de
secado. Se preparó la alimentación a los ensayos de filtración de
la misma manera que se describe en el ejemplo 8. Se creó la
vibración disponiendo una sonda ultrasónica en la parte del fondo
del embudo. Se usaron cantidades variables de monooleato de
sorbitán como adyuvante de deshidratación a 0,635 cm y 1,27 cm de
grosores de torta. Se disolvió una parte en volumen de tensioactivo
en dos partes de gasoil antes del uso. Los resultados, dados en la
Tabla 13, muestran que pueden conseguirse niveles muy bajos de
humedad de torta combinando los procedimientos de uso de
tensioactivos de EHL bajo y vibración mecánica.
Ejemplo
14
Como sugiere la ecuación de Laplace, reducir la
tensión superficial es útil para reducir la presión capilar y, por
tanto, mejorar la cinética de deshidratación. Por lo tanto, el saber
convencional es añadir tensioactivos a una suspensión espesa de
alimentación antes de entrar a un filtro. Sin embargo, el grueso del
agua presente en la corriente de alimentación se retira fácilmente
al inicio de un proceso de filtración. Por lo tanto, puede
afirmarse que muchos de los tensioactivos añadidos a la corriente de
alimentación se desperdician y no contribuyen a reducir la humedad
de torta final. Puede ser un procedimiento más eficaz de uso de un
tensioactivo añadirlo cuando más se necesita, concretamente,
durante el tiempo de ciclo de secado. Parte del agua atrapada en
los capilares más finos se retira durante el tiempo de ciclo de
secado. Por lo tanto, se realizaron una serie de experimentos en
este ejemplo en el los que se pulverizaron diferentes reactivos
reductores de la tensión superficial sobre torta de filtración
durante el tiempo de ciclo de secado.
La Tabla 14 muestra los resultados obtenidos
pulverizando aproximadamente 1 kg/t de butanol, etanol y gasoil al
inicio de 2 min de tiempo de ciclo de secado. Las tensiones
superficiales del n-butanol son de 20,6 y 22,77
mN/m, respectivamente, a 20ºC. La tensión superficial del gasoil
debería ser también baja, como la de la mayoría de los otros
líquidos hidrocarbonados. Por lo tanto, pulverizar estos reactivos
debería reducir la tensión superficial del agua que queda en la
torta de filtración y ayudar a reducir la humedad. Se realizaron los
experimentos de filtración en una muestra de carbón de 0,6 mm x 0
de Middle Fork, Va., a 1,143 cm de grosor de torta. Se realizaron
dos conjuntos de ensayos usando monooleato de sorbitán y TDDP como
adyuvantes de deshidratación. Cuando se usó el primero, se
pulverizó butanol sobre la torta, mientras que se pulverizaron
etanol y gasoil cuando se usó el último. Como se muestra, la
técnica de pulverización redujo además sustancialmente la humedad
de torta.
Ejemplo
15
En este ejemplo, se combinaron los
procedimientos de aplicación de vibración y pulverización de
reactivos reductores de la tensión superficial, como se dan a
conocer en los ejemplos 13 y 14, respectivamente, para poder
obtener humedades de torta bajas a grandes grosores de torta. Se
realizaron los ensayos usando un embudo Buchner de 6,35 cm de
diámetro con su altura elevada a 15,24 cm de modo que pudieran
filtrarse 300 ml de suspensión espesa de carbón a 18% de sólidos en
cada ensayo. Esto permitió aumentar el grosor de torta a 3,048 cm.
Las muestras de carbón usadas en estos experimentos eran un
producto de densidad media de Massey Coal Company, que se
trituraron y molieron en húmedo en un molino de bolas para obtener
una fracción de 0,6 mm x 0. Se sometió a flotación el carbón fino
usando 0,5 kg/t de queroseno y 110,2 g/t de MIBC para obtener una
alimentación a los experimentos de filtración. Se realizaron los
ensayos a cantidades variables de TDDP y con 5 minutos de tiempo de
ciclo de secado. Puede observarse que el uso combinado de i)
tensioactivo de EHL bajo en gasoil, ii) pulverización con butanol y
iii) vibración mecánica, conseguía muy bajas humedades en una torta
industrial de 3,048 cm de grosor.
Ejemplo
16
Se obtuvieron resultados sorprendentes cuando se
usaron los tensioactivos de EHL bajo dados a conocer en la presente
invención junto con electrolitos. Parece que el uso de electrolitos
puede reducir sustancialmente la cantidad de tensioactivo necesario
para conseguir un nivel dado de reducción de humedad. La Tabla 16
muestra los resultados de una serie de ensayos de filtración a
vacío realizados usando TDDP en presencia de cloruro de aluminio,
cloruro de cromo y nitrato de cobre. Antes de la filtración, se
acondicionó cada muestra de carbón (producto de flotación de 0,2 mm
x 0) con una cantidad conocida de electrolito durante 5 minutos. Se
añadió entonces una cantidad conocida de TDDP disuelto en gasoil
(en relación en volumen 1:2) y se acondicionó durante otros 2
minutos. Se vertió la suspensión espesa de carbón acondicionada en
un embudo Buchner de 6,35 cm de diámetro para experimentos de
filtración a 84,7 kPa de presión a vacío, 2 min de tiempo de ciclo
de secado y grosor de torta de 1,016 cm. Se recibió la muestra de
carbón de Massey Coal Company, Virginia Occidental.
Los resultados muestran que, en presencia de los
electrolitos, la cantidad de TDDP necesaria se reducía
sustancialmente. Por ejemplo, se requerían 1,5 kg/t de reactivo
para conseguir un 16,0% de humedad de torta. En presencia de 11,02
g/t de cloruro de aluminio y cloruro de cromo, sin embargo, sólo se
requerían 0,25 kg/t de TDDP para obtener humedades de torta
similares (16,3 y 16,0%). En presencia de 55,1 g/t de nitrato de
cobre, se obtuvo una humedad de torta de un 16,2% a 0,5 kg/t de
TDDP. Por tanto, los electrolitos de cationes trivalentes parecen
ser más eficaces que los de cationes divalentes. Es posible que los
cationes introducidos con el electrolito coagulen las partículas de
carbón, lo que a su vez da como resultado una reducción de la
población de microporos en la torta de filtración.
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Ejemplo
17
El objetivo de este ejemplo es demostrar que la
combinación de varios procedimientos diferentes dados a conocer en
esta invención puede usarse para conseguir altos niveles de
reducción de humedad a un grosor de torta de aproximadamente 2,54
cm. Se realizaron una serie de experimentos de filtración a vacío
usando diferentes combinaciones de i) un tensioactivo de EHL bajo
(monooleato de sorbitán) mezclado con un disolvente portador
apropiado, ii) un electrolito (11,02 g/t de cloruro de aluminio),
iii) pulverización de un reactivo reductor de la tensión
superficial (1,0-1,5, kg/t de butanol) y/o iv)
vibración mecánica. Se realizaron los ensayos en un producto de
flotación (0,6 mm x 0) usando un embudo Buchner especialmente
diseñado que puede manejar grandes volúmenes de suspensión espesa
de carbón, como se describe en el ejemplo 15. La muestra de carbón
era un producto de densidad media de la planta de preparación de
carbón Middle Fork. Se trituró, molió y sometió a flotación usando
0,5 kg/t de queroseno y 110,2 g/t de MIBC. Los resultados, dados en
la Tabla 17, muestran que puede conseguirse casi cualquier nivel de
humedad de torta a un grosor de torta industrial combinando los
diversos procedimientos dados a conocer en la presente invención.
Por ejemplo, puede conseguirse un 14,2% de humedad de torta usando
sólo 0,125 kg/t de monooleato de sorbitán, 11,02 g/t de cloruro de
aluminio, 1,0 a 1,5 kg/t de butanol y vibración mecánica.
Ejemplo
18
Se ha mostrado en el Ejemplo 7 que el uso de
PMCH disuelto en un disolvente adecuado tal como gasoil da
resultados superiores en comparación con el caso de usarlo
directamente. Se mostrará que el uso de PMCH en aceites vegetales
mejora adicionalmente su actuación. Para demostrar esto, se
realizaron una serie de ensayos de filtración en un carbón
bituminoso de Massey Coal Company, Virginia Occidental, usando un
filtro de presión de 6,35 cm a 100 kPa de presión de aire. La
muestra de carbón era un producto de flotación (5 mm x 0) obtenido
directamente a partir de una planta operativa. Contenía una
considerable cantidad de arcilla y otros minerales formadores de
ceniza que no se han retirado completamente. También, la muestra
estaba oxidada en cierta medida. Se realizaron los ensayos a un
grosor de torta de 1,27 cm y 2 min de tiempo de ciclo de secado
usando: i) aceite de soja disuelto en gasoil a una relación en
volumen 1:2, ii) PMCH disuelto en gasoil de la misma manera, y iii)
PMCH disuelto en aceite de soja y gasoil. El peso molecular del
PMCH usado en este ejemplo era de 2.900. Los resultados dados en la
Tabla 18 muestran que el uso combinado (caso iii) exhibía un efecto
sinérgico, porque los resultados son superiores a los del caso i o
ii.
Como ya se ha discutido en la presente
invención, el papel del PMCH es como agente hidrofobizante que puede
reducir la presión capilar y facilitar el procedimiento de
deshidratación. Es posible que los triacilgliceroles presentes en
el aceite vegetal puedan actuar como agentes hidrofobizantes
adicionales.
Ejemplo
19
Muchos de los ejemplos dados hasta ahora
proporcionan evidencias de que los tensioactivos de EHL bajo
funcionan bien sólo cuando las partículas a deshidratar son
razonablemente hidrófobas. El uso de los tensioactivos de la manera
descrita en la presente invención potencia adicionalmente la
retirada espontánea del agua superficial. La hidrofobicidad de las
partículas producidas por la flotación habitualmente no es
suficientemente alta para la retirada espontánea del agua. Para
demostrar claramente estos puntos, se realizaron una serie de
ensayos de deshidratación con una muestra de sílice de 0,038 mm x
0. Se usó un embudo Buchner de 6,35 cm de diámetro para dos
conjuntos de ensayos de filtración a vacío a 84,7 kPa y 2 min de
tiempo de ciclo de secado y un grosor de torta de 1,143 cm. Los
resultados se dan en la Tabla 19.
La primera serie de ensayos se realizó usando
diversas cantidades de monooleato de sorbitán (Span 80) disuelto en
gasoil. Se usaron estos reactivos en forma de una mezcla 1:2 en
volumen. En ausencia de adyuvante de deshidratación, la humedad de
la torta era de un 26,1% y el tiempo de formación de torta era de
158 s. A 1 kg/t de Span 80, se redujo la humedad a un 20,9% y se
aumentó el tiempo de formación de torta a 179 s. La reducción de
humedad no es tan buena como la obtenida en otros ejemplos con
partículas hidrófobas. Probablemente, la relativamente pequeña
reducción de humedad es debida a la reducción de la tensión
superficial. La siguiente serie de ensayos se realizó en la muestra
de sílice sometida a flotación usando 220,5 g/t de clorhidrato de
dodecilamonio como colector a pH 9,5. La hidrofobización por el
recubrimiento de colector redujo la humedad de torta de 26,1 a
18,9% y el tiempo de formación de torta de 158 s a 27 s. Cuando se
añadió el tensioactivo de EHL bajo al producto de flotación, se
redujo adicionalmente la humedad. A 1 kg/t de Span 80, se redujo la
humedad de torta a un 8,4% y el tiempo de formación de torta a 18
s. La deshidratación mejorada causada por los tensioactivos de EHL
bajo es debida lo más probablemente a la potenciación de la
hidrofobicidad.
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Ejemplo
20
En la industria de la arcilla de caolín, se
deshidrata la arcilla fina usando filtros de tambor a vacío. Las
humedades de torta están en el intervalo de 55 a 60%. Típicamente,
parte de la torta de filtración se seca por pulverización con una
llama de gas natural, de modo que pueda añadirse a la torta húmeda
para obtener una suspensión espesa de 70 a 75% de sólidos. El
secado por pulverización es costoso, pero es el único modo de
producir suspensiones espesas de alta carga para envíos. En este
ejemplo, se realizaron una serie de ensayos de filtración en una
arcilla brasileña (al 80% más fina de 2 \mum), usando el
procedimiento dado a conocer en el ejemplo 19. Se sometió a
flotación la muestra usando 771,6 g/t de clorhidrato de
dodecilamonio y 132,3 g/t de MIBC. Se ajustó el pH a 9,3 usando
cal. Se sometió el producto de flotación a ensayos de filtración a
vacío usando un embudo Buchner de 6,35 cm de diámetro a 84,7 kPa, un
grosor de torta de 0,914 cm y 3 min de tiempo de ciclo de secado.
Como se muestra en la Tabla 20, la humedad de torta era de un 50,4%
y el tiempo de formación de torta era de 39,4 min cuando no se
usaba adyuvante de deshidratación. A 3,5 kg/t de monooleato de
sorbitán (Span 80), se redujo el contenido de humedad a un 28,6% y
se redujo el tiempo de formación de torta a 18,4 minutos. Estos
resultados sugieren que los procedimientos de deshidratación dados a
conocer en la presente invención pueden poder eliminar el uso de
secadores por pulverización en la industria de la arcilla. Con una
optimización adicional del procedimiento, puede reducirse el consumo
de reactivo a significativamente menos que el usado en el presente
ejemplo.
Documentos de patente de EE.UU.
- 5.346.630
- 9/1994 Kenney
- 4.447.344
- 5/1984 Roe
- 4.410.431
- 10/1983 Roe
- 4.447.344
- 8/1984 Roe
- 4.410.431
- 10/1983 Roe
- 5.256.169
- 10/1993 Roe
- 2.864.765
- 12/1958 Stoneman et al.
- 4.156. 649
- 5/1979 Quinn et al.
- 4.191.655
- 3/1980 Quinn et al.
- 5.048.199
- 9/1991 Cole
- 4.039.466
- 8/1977 Matsuda et al.
- 5.125.669
- 6/1993 Koester et al.
- 5.167.831
- 12/1992 Diamas
- 5.011.612
- 4/1991 Keeney
- 4.206.063
- 6/1980 Wang et al.
- 4.207.186
- 6/1980 Wang et al.
- 4.210.531
- 7/1980 Wang et al.
- 5.405.554
- 4/1995 Neff et al.
- 5.379.902
- 1/1995 Wen et al.
- 4.969.928
- 11/1990 Wen et al.
- 4.770.766
- 9/1998 Keller Jr. et al.
- 5.458.786
- 10/1995 Yoon et al.
- 5.587.786
- 10/1995 Yoon et al.
- 5.670.056
- 9/1997 Yoon et al.
\vskip1.000000\baselineskip
Otras publicaciones
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Dewatering of Fine-Floated Coal", Powder
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Equipment", Proceedings of the Industrial Practice of Fine
Coal Processing, R.R. Klimpel y P.T. Luckie, eds., Society of
Mining Engineers, Inc., pág. 223-229,
1988.
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Phenomena on the Dewatering of Fine Clean Coal", Filtration
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Surfaces in Dodecylammonium Chloride Solutions in the Presence of
Dodecanol", J. Colloid and Interface Science, vol. 179,
pág. 391-402, 1996.
Claims (18)
1. Un procedimiento para deshidratar una
suspensión espesa de material particulado fino que es menor de 2 mm
de diámetro, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) volver moderadamente hidrófobo el material
particulado fino de modo que su ángulo de contacto con agua aumente
a un valor considerablemente menor de 90º usando tensioactivos y
colectores apropiados en una etapa de hidrofobización inicial,
ii) añadir un tensioactivo no iónico de índice
de equilibrio hidrófilo-lipófilo (EHL) menor de 15 y
disuelto en un disolvente o mezcla de disolventes apropiados,
iii) agitar la suspensión espesa para permitir
que las moléculas tensioactivas se adsorban sobre la superficie del
material moderadamente hidrófobo de modo que se potencie su
hidrofobicidad y aumente el ángulo de contacto a cerca de o más de
90º, y entonces
iv) someter la suspensión acondicionada que
contiene el material particulado, cuyo ángulo de contacto con agua
se ha aumentado, a un procedimiento mecánico de deshidratación.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el material particulado fino a deshidratar es un material
cuya superficie se ha hecho menos hidrófoba debido al envejecimiento
o la oxidación superficial.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el material particulado fino incluye minerales, carbón,
plástico, metales, polvos metálicos, cenizas volantes y materiales
biológicos.
4. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicho procedimiento mecánico
de deshidratación adecuado incluye filtración a vacío, filtración a
presión, filtración por centrifugación y centrifuga-
ción.
ción.
5. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el tensioactivo no iónico
se selecciona de ácidos grasos, ésteres grasos, ésteres fosfato,
polímeros hidrófobos, éteres, derivados de glicol, derivados de
sarcosina, tensioactivos y polímeros basados en silicio, derivados
de sorbitán, ésteres y derivados de sacarosa y glucosa, derivados
basados en lanolina, ésteres de glicerol, ésteres grasos etoxilados,
aminas y amidas etoxiladas, alcoholes lineales etoxilados,
triglicéridos etoxilados, aceites vegetales etoxilados y ácidos
grasos etoxilados.
6. El procedimiento de la reivindicación 4, en
el que el tensioactivo no iónico se combina con un aceite vegetal,
de pescado o animal que contiene triacilgliceroles para obtener una
mejora sinérgica de la deshidratación del material particulado
fino.
7. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dichos disolventes
apropiados incluyen aceites hidrocarbonados ligeros y alcoholes de
cadena corta.
8. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que dichos tensioactivos apropiados son tensioactivos de EHL
alto cuyas cabezas polares pueden interaccionar con la superficie de
los materiales particulados.
9. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que dichos colectores son tioles para minerales de sulfuro y
metales.
10. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que dichos colectores son aceites hidrocarbonados y el material
particulado es carbón u otra sustancia naturalmente hidrófoba.
11. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que se añade un electrolito o
mezcla de electrolitos seleccionados de sales de cationes y aniones
monovalentes, divalentes y trivalentes después de la etapa de
hidrofobización inicial (i) y antes de la etapa (ii).
12. El procedimiento de la reivindicación 11, en
el que dichos electrolitos son las sales de iones de aluminio.
13. El procedimiento de la reivindicación 11 ó
12, en el que los reactivos usados en la etapa (i) y la etapa (ii)
y dicho electrolito o mezcla de electrolitos pueden añadirse en una
sola etapa.
14. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que el procedimiento mecánico de
deshidratación adecuado es un proceso de filtración en el que la
torta de filtración se somete a un medio vibrador apropiado, de
modo que se consigue un grado mayor de reducción de humedad a un
grosor de torta dado.
15. El procedimiento de la reivindicación 14, en
el que el medio vibrador adecuado incluye medios ultrasónicos,
mecánicos y acústicos.
16. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que el procedimiento mecánico de
deshidratación adecuado es un proceso de filtración en el que se
añade un reactivo reductor de la tensión superficial adecuado a la
torta de filtración en forma de una niebla fina o pulverización, de
modo que se consigue un alto grado de reducción de humedad a un
grosor de torta dado.
17. El procedimiento de la reivindicación 16, en
el que el agente reductor de la tensión superficial adecuado se
selecciona de alcoholes de cadena corta, aceites hidrocarbonados
ligeros y tensioactivos.
18. Un procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 13, en el que el procedimiento mecánico de
deshidratación adecuado es un proceso de filtración en el que se
añade un agente reductor de la tensión superficial adecuado a la
torta de filtración en forma de una niebla fina o pulverización, y
al mismo tiempo, se somete la torta de filtración a un medio
vibrador apropiado, de modo que se consigue una reducción sustancial
de humedad a altos grosores de torta usando cantidades mínimas de
reactivos.
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