ES2661439T3 - Proceso para la modificación continua de yeso dihidratado - Google Patents
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Abstract
Un proceso para modificar yeso dihidratado, que comprende: una etapa de calcinación para someter el yeso dihidratado como materia prima de partida a calcinación a una temperatura de calcinación de 100°C a 250°C para convertir el yeso dihidratado en yeso hemihidratado, una etapa de recristalización que comprende conformar el yeso hemihidratado obtenido en una suspensión en presencia de un tensioactivo y/o un agente desespumante, donde una concentración sólida de la suspensión se ajusta de 10 a 50% en peso, e hidratar y recristalizar el yeso hemihidratado en presencia del tensioactivo y/o el agente desespumante para dar yeso dihidratado, y una etapa de separación, de una suspensión tras la finalización de la etapa de recristalización, el yeso dihidratado modificado mediante un método de elutriación, donde en la etapa de recristalización, el tensioactivo y/o el agente desespumante se incorpora en un intervalo de entre 0,01 a 0,2% en peso en total basado en el yeso dihidratado como la materia prima.
Description
anteriormente. La adición de cristales de siembra no es esencial en la presente invención, pero de acuerdo con otro estudio más adicional de los presentes inventores, el tamaño de partícula del yeso dihidratado modificado tiende a ser más uniforme cuando no se añaden cristales de siembra, y el tamaño de partículas del yeso dihidratado modificado tiende a volverse más pequeño cuando se añaden cristales de siembra en una cantidad excesiva. Para
5 obtener un producto de mayor calidad, se prefiere, por tanto, la adición de cristales de siembra en una pequeña cantidad.
De acuerdo con otro estudio más adicional de los presentes inventores, los cristales de siembra que se van a añadir al tanque de reacción de recristalización pueden tener preferente 40 µm o ser menores, más preferentemente 30 µm
o menores de tamaño de partículas promedio ya que su tamaño de partículas rige el tamaño de partículas promedio del yeso dihidratado modificado que se va a obtener mediante la recristalización. Cuando se añaden cristales de siembra de dicho tamaño, los cristales de siembra pueden provocar su efecto de manera estable mediante su adición en una pequeña cantidad en el intervalo anteriormente descrito, y en la etapa de recristalización, puede obtenerse yeso dihidratado modificado de tamaño de partículas promedio estable. Si el tamaño de partículas de los
15 cristales de siembra es excesivamente grande, por otra parte, su efecto como cristales de siembra se reduce incluso cuando se añaden. Por lo tanto, no se prefiere dicho tamaño de partículas excesivamente grande.
Cuando el yeso dihidratado de un tamaño de partícula pequeño tal que el tamaño de partículas promedio es, por ejemplo, 30 µm o más pequeño se usa como yeso bruto que a modificar en la presente invención, el yeso dihidratado a modificar se puede usar también como dichos cristales de siembra. Si el yeso bruto no es adecuado como cristales de siembra, sin embargo, es posible usar yeso dihidratado inicial de tamaño de partícula pequeño obtenible a partir de la recristalización de una suspensión de yeso hemihidratado una vez que el yeso bruto se calcina para preparar la suspensión de yeso hemihidratado en la etapa de hemihidratación como se ha descrito anteriormente. Por ejemplo, una parte de la suspensión del yeso hemihidratado anteriormente descrito obtenido en
25 la etapa de hemidratación que se ha descrito anteriormente se puede introducir en un tanque de reacción en un sistema diferente del sistema del tanque de reacción donde se lleva a cabo la recristalización, y una suspensión de yeso dihidratado de tamaño de partícula pequeño obtenida llevando a cabo la cristalización a una temperatura de 70°C o menos en el tanque de reacción puede añadirse al yeso hemihidratado que se va a alimentar al tanque de reacción de recristalización de tal manera que la suspensión del yeso dihidratado de tamaño de partícula pequeño está contenida en el intervalo no inferior a 0,01 % en peso sino inferior al 5,0% en peso en términos de yeso.
[Realizaciones más preferidas]
Como realizaciones más preferidas, la presente invención puede constituirse como se describirá a continuación 35 además de lo anterior.
El proceso de modificación de la presente invención para dar yeso dihidratado incluye una etapa de separar el yeso dihidratado modificado, que tiene pocas impurezas insolubles y tamaño de partículas grande, después que la suspensión del yeso dihidratado recristaliza y se modifica en la etapa de recristalización, se descarga del tanque de reacción de cristalización, y es preferible llevar a cabo un método que agita el yeso dihidratado modificado en agua, deja reposar la suspensión resultante y separa los cristales grandes con velocidad de sedimentación elevada. Se prefiere también incluir además una etapa de deshidratación y de lavado, para dar un producto final, el yeso dihidratado modificado separado como se ha descrito anteriormente (véase la FIG. 1). Cuando se constituye como se ha descrito anteriormente, es posible obtener yeso dihidratado modificado de forma más estable con un contenido
45 bajo en impurezas insolubles, no contiene mucho oscurecimiento, tiene un tamaño de partículas grande de más de 60 µm, especialmente 64 µm o más, dicho tamaño de partículas grande no ha sido convencionalmente habitual, y tiene un tamaño de partículas uniforme. Se realizará una descripción posteriormente en el presente documento acerca de un método de separación específico. Debe señalarse que se puede utilizar este método de separación, independientemente de la tecnología de modificación de la presente invención del yeso dihidratado, como tecnología para obtener yeso blanco a partir de yeso bruto tal como yeso natural, uno de los diversos yesos de subproducto o yesos residuales.
En la presente invención, el yeso dihidratado -como materia prima tal como yeso natural, uno de los diversos yesos de subproducto, o yesos residuales -se transforma en yeso hemihidratado. Tras llevar a cabo la transformación, es 55 posible utilizar, tal como se ha mencionado anteriormente, el método que lleva a cabo la calcinación seca para obtener el yeso β-hemihidratado, o un método de calcinación presurizado tal como el método de la solución acuosa presurizada que obtiene un yeso α-hemihidratado llevando a cabo la transformación a través de la reacción catalítica con agua vaporizada o agua líquida. Cuando se obtiene el yeso hemihidratado mediante el método de solución acuosa presurizada de los métodos anteriormente mencionados, se obtiene el yeso hemihidratado como una suspensión que contiene el yeso hemihidratado. Puede llevarse a cabo, por ejemplo, un tratamiento continuo, introduciendo la suspensión de yeso hemihidratado, tal como está, en el tanque de reacción de cristalización y a continuación llevarse a cabo la recristalización en las condiciones especificadas en la presente invención. Cuando se obtiene el yeso β-hemihidratado llevando a cabo la calcinación seca, por otra parte, el yeso hemihidratado puede convertirse en el yeso dihidratado modificado introduciendo cuantitativamente el yeso hemihidratado directamente en 65 el tanque de recristalización, añadiendo una cantidad predeterminada de agua caliente al mismo tiempo para conformar el yeso hemihidratado en una suspensión, y a continuación llevar a cabo la recristalización en las
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condiciones especificadas en la presente invención.
(Agente de control de la forma cristalina)
5 En el proceso de modificación de la presente invención del yeso dihidratado, se prefiere, en cada una de la realizaciones anteriormente descritas, para poner la suspensión del tanque de reacción de hemidratación y/o tanque de reacción (en el método de calcinación presurizada) en un estado en que un ácido carboxílico o una sal del mismo seleccionada entre ácido glucónico, ácido succínico, ácido maleico, ácido tartárico, ácido málico, ácido acrílico o un ácido policarboxílico, o una sal del mismo está contenido como se ha descrito anteriormente. La cantidad que se va a añadir puede ajustarse en un intervalo de preferentemente entre 0,1 a 2,0% en peso, más preferentemente de 0,1 a 1,0% en peso, aún de forma más preferente de 0,1 a 0,7% en peso basado en el yeso hemihidratado. De acuerdo con un estudio más de los presentes inventores, se considera que dicho ácido carboxílico o sal del mismo funciona como un agente de control de la forma cristalina. Si no se añade dicho ácido carboxílico o sal del mismo, en algunos casos, es posible que no se pueda obtener de forma estable uno que tenga un tamaño de partículas promedio
15 deseado, especialmente cuando se lleva a cabo una operación de modificación de forma continua. En cuanto a la cantidad que se va a añadir, una cantidad excesivamente pequeña implica un problema ya que el yeso dihidratado modificado resultante tiene una relación de aspecto grande, mientras que una cantidad excesivamente grande va acompañada de problemas en que la recristalización se vuelve lenta, el coste de funcionamiento requerido para el agente de control aumenta y, por tanto, el proceso de modificación no es económico. Como manera específica de adición del agente de control de la forma cristalina, dicho ácido carboxílico o sal del mismo puede añadirse en un intervalo de entre 0,1 a 2,0 partes en peso por 100 partes en peso de yeso bruto a un calcinador presurizado o la suspensión de yeso bruto antes de la calcinación presurizada cuando el yeso bruto se somete a calcinación presurizada para obtener yeso hemihidratado. Dicho ácido carboxílico o sal puede añadirse directamente a la suspensión del tanque de reacción de recristalización cuando el yeso bruto se somete a β-calcinación seca para
25 obtener yeso hemihidratado.
De acuerdo con otro estudio más adicional de los presentes inventores, se prefiere particularmente añadir succinato de sodio en un intervalo de 0,1 a 1,0% en peso, siendo más preferido de 0,1 a 0,7% en peso, basado en el yeso en la etapa de recristalización. En la etapa de hemidratación, puede añadirse preferentemente succinato de sodio como modificador del hábito cristalino en un intervalo de 0,1 a 1,0 en peso en una etapa donde el yeso dihidratado, que está contenido en un material de yeso, se transforma en un yeso a-hemihidratado mediante la reacción catalítica con agua vaporizada o agua líquida. Por ello, cuando la transformación se lleva a cabo como se ha descrito anteriormente, la transformación en el yeso a-hemihidratado puede llevarse a cabo completamente, y además, mediante tratamiento continuo de la suspensión de yeso a-hemihidratado, tal como está, en la etapa de 35 recristalización, el yeso hemihidratado se convierte en yeso dihidratado modificado en la forma de cristales de 64 µm
o mayor de tamaño de partículas promedio.
De acuerdo con otro estudio más adicional de los presentes inventores, el succinato de sodio y otro compuesto del tipo de ácido policarboxílico puede utilizarse en combinación en un intervalo de 0,05 a 0,2% en peso y en el intervalo de 0,01 a 0,1% en peso, respectivamente, basado en el yeso como agentes de control de forma cristalina para inducir la recristalización en la solución. En lo anterior, se prefiere más usar succinato de sodio y el otro compuesto del tipo del ácido policarboxílico en combinación en entre 0,07 a 0,15% en peso y entre 0,01 a 0,08% en peso, respectivamente. Cuando el agente de control de forma cristalina anteriormente descrito se añade en la etapa de calcinación presurizada en la etapa donde el yeso dihidratado contenido en el material de yeso se transforma en un
45 yeso α-hemihidratado mediante la reacción catalítica con agua vaporizada o agua líquida, la transformación en el yeso α-hemihidratado se lleva a cabo completamente, y además, mediante tratamiento continuo de la suspensión de yeso α-hemihidratado resultante tal como está en la etapa de recristalización, el yeso hemihidratado se puede convertir en yeso dihidratado modificado en la forma de cristales de 64 µm o mayor de tamaño de partículas promedio. En cuanto a la cantidad que se añadirá, una cantidad excesivamente pequeña proporciona el yeso dihidratado modificado resultante con una relación de aspecto grande y no se prefiere, mientras que una cantidad excesivamente grande conduce a una recristalización lenta y un mayor coste de ejecución de los agentes de control, y por tanto, a inconvenientes económicos.
(pH)
55 El pH de la suspensión de yeso hemihidratado que se va a introducir en el tanque de reacción para su tratamiento de recristalización puede ajustarse preferentemente a 7,0 ± 2,0, más preferentemente a 7,0 ± 1,5. Como una de las propiedades físicas requeridas para los productos de yeso, está el pH. Se desean productos de yeso con alrededor de pH neutro en muchos casos. tras la transformación en un yeso α-hemihidratado utilizando un compuesto que contiene carbonilo como un modificador del hábito cristalino, sin embargo, su efecto como modificador del hábito cristalino puede lograse fácilmente si el pH de la solución se ajusta al lado alcalino. Cuando se toma en consideración la calidad del producto, se prefiere, por lo tanto, ajustar el pH de la suspensión de yeso hemihidratado en dicho intervalo como se ha descrito anteriormente de tal manera que se proporciona el material de yeso modificado resultante con un pH alrededor del neutro.
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(Tensioactivo y/o agente desespumante)
En la etapa de recristalización del proceso de modificación de la presente invención del yeso dihidratado, uno o más tensioactivos y/o agentes desespumantes se incorporan en un intervalo de entre 0,01 a 0,2% en peso en total en el 5 tanque de reacción de recristalización. Los tensioactivos utilizables incluyen tensioactivos basados en alquilbencenosulfonato, tensioactivos basados en alquilsulfato, tensioactivos basados en alquietersulfato, tensioactivos basados en ligninsulfonato, tensioactivos basados en naftaleno sulfonato, tensioactivos basados en bisfenol, y tensioactivos basados en policarboxilato. Por otro lado, los agentes desespumantes que se pueden usar incluyen igualmente agentes desespumantes basados en poliéter, agentes desespumantes basados en ácidos grasos, agentes desespumantes basados en aceites minerales, agentes desespumantes basados en silicona y agentes desespumantes basados en emulsiones. La adición de dicho tensioactivo o agente desespumante posibilita separar de forma adecuada los componentes de oscurecimiento, que son las mencionadas impurezas como causantes del oscurecimiento o de manchas oscuras, después de recoger el yeso dihidratado tras la finalización de la recristalización. De acuerdo con otro estudio más adicional de los presentes inventores, los tensioactivos basados
15 en alquilbencenosulfonato y los tensioactivos basados en policarboxilato son también eficaces como agentes de control de formas cristalinas, y por tanto, el uso combinado de dicho tensioactivo tiene una ventaja en que la se puede reducir la cantidad del agente de control de formas cristalinas anteriormente descrito que se va a incorporar.
[Etapa de separación como tecnología para obtener yeso blanco]
Tal como se ha descrito anteriormente, se proporciona el proceso de modificación de la presente invención para el yeso dihidratado con una etapa adicional para separar el yeso dihidratado recristalizado después de dicha etapa de recristalización, como se ha descrito anteriormente, y adicionalmente llevar a cabo un tratamiento como se describirá a continuación para aumentar su valor como material para productos del yeso. Tal como se ha mencionado ya 25 anteriormente, se puede usar también este método de separación, como tecnología para obtener yeso blanco, independientemente de la tecnología de modificación de la presente invención del yeso dihidratado. Se realizará a partir de ahora en el presente documento una descripción acerca de este método de separación. Tras finalizar la etapa de recristalización, los componentes de oscurecimiento pueden eliminarse de la suspensión, que contiene yeso dihidratado modificado, mediante tal método de elutriación como se describirá a continuación. Al recristalizar el yeso hemihidratado en la etapa de recristalización, las impurezas solubles o insolubles contenidas en el yeso bruto se separan del yeso dihidratado modificado y están en un estado donde se mezclan en la suspensión. Las impurezas insolubles contenidas en el yeso bruto tienen 30 µm o menos de tamaño de partícula promedio y son muy finas en muchos casos. Tienen, por lo tanto, baja velocidad de sedimentación en comparación con el yeso dihidratado modificado. Por consiguiente, el uso del método de elutriación posibilita separar dichas impurezas 35 insolubles en una forma conveniente de la suspensión. Llevando a cabo de forma repetida el método de elutriación, se puede obtener el yeso dihidratado modificado de pureza todavía mayor. Existe un método que lleva a cabo la separación utilizando un ciclón hidráulico. De acuerdo con otro estudio adicional suplementario de los presentes inventores, este método no es adecuado como método para separar solo impurezas insolubles de una suspensión de yeso en un estado donde se mezclan el yeso dihidratado modificado y las impurezas insolubles. De acuerdo con el método de elutriación, por otra parte, estas impurezas pueden separarse y eliminarse descargando el agua del sobrenadante haciendo uso de una diferencia en la velocidad de sedimentación de los cristales del yeso dihidratado modificado, como dichos cristales tienen un tamaño de partícula grande, tienen mayor velocidad de sedimentación que las impurezas insolubles. Como parte de los cristales del yeso dihidratado modificado, como dichos cristales tienen un tamaño de partícula promedio pequeño, también se separan en el lado de las impurezas, al mismo tiempo 45 en este caso, el yeso dihidratado modificado obtenido de esta manera se puede proporcionar con un tamaño de partículas promedio todavía mayor. Es también posible diseñarlo de tal manera que el agua sobrenadante, que se ha separado y descargado, se devuelva y se reutilice como el agua de la etapa de hemihidratación y/o la etapa de recristalización (véase la FIG. 1). Cuando se diseña de esta manera, el tratamiento de modificación se lleva a cabo de nuevo de tal forma que el yeso dihidratado modificado de tamaño de partícula promedio pequeño se modifica para dar yeso dihidratado modificado que tiene un tamaño de partícula deseado adecuado como material para un producto de yeso. Además, los cristales del yeso dihidratado modificado, que quedan tras descargar el agua sobrenadante y tienen un tamaño de partícula promedio grande, pueden convertirse en un material de yeso compuesto por un yeso dihidratado modificado del tamaño de partícula deseado adecuado como material para el producto de yeso añadiendo agua de nuevo a los cristales para formar una suspensión, y a continuación procesar la
55 suspensión mediante un método conocido tal como una centrifugadora o prensa de filtro para separar el agua. Además, las impurezas solubles pueden eliminarse lavando la suspensión con agua limpia antes o durante la deshidratación tras separar el agua como se ha descrito anteriormente (etapa de deshidratación y lavado).
De acuerdo con otro estudio adicional suplementario de los presentes inventores, los componentes de oscurecimiento confinados en el interior de los cristales pueden eliminarse calcinando el yeso natural, uno de los diversos yesos de subproducto, yesos residuales o similares en el yeso hemihidratado, y similares para la presente invención, poniendo el yeso hemihidratado en agua, y recristalizando el mismo. Descrito más específicamente, el yeso hemihidratado se conforma en una suspensión en presencia de un tensioactivo y/o agente desespumante añadido para facilitar la separación de los componentes de oscurecimiento, y tras la recristalización del yeso 65 hemihidratado, los componentes de oscurecimiento adheridos sobre el yeso hemihidratado y los componentes de oscurecimiento confinados dentro de los cristales del yeso hemihidratado se separan. No se impone limitación
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Ejemplo 10 (Comparativo)
La modificación del yeso de neutralización que tiene un tamaño de partículas promedio de 22 µm se llevó a cabo exactamente de la misma manera y bajo exactamente las mismas condiciones que en el Ejemplo 4 excepto que la 5 cantidad de yeso de neutralización, que era igual que la materia prima a modificar y que se añade como cristales de siembra tras el tratamiento de recristalización, se cambió al 4,8%. De manera similar al Ejemplo 4, después que se reanudara la alimentación a velocidad constante durante 24 horas, la materia sólida de alta velocidad de sedimentación se separó mediante el método de elutriación de la suspensión descargada del tanque de reacción. Se secó la materia sólida separada a 40°C. El producto seco resultante se analizó mediante difracción de rayos X. Como resultado, se confirmó que el producto seco estaba compuesto de yeso dihidratado en su totalidad, y de agua combinada, se confirmó también que su pureza era del 99,1%. Se midió también su tamaño de partículas promedio. Como resultado, se descubrió que el tamaño de partículas promedio era de 64 µm con respecto al de 22 µm antes del tratamiento y que el producto se había modificado a uno que tenía el tamaño de partículas grande aunque el tamaño de partículas era más pequeño en comparación con los de otros ejemplos. La densidad específica aparente
15 no compactada era de 1,0 y la relación de aspecto era de aproximadamente 2.
Ejemplo 11 (Comparativo)
Se llevó a cabo la modificación del yeso de neutralización que tiene un tamaño de partículas promedio de 22 µm exactamente de la misma manera y bajo exactamente las mismas condiciones que en el Ejemplo 4 excepto que la concentración de la solución de succinato de sodio añadido tras la preparación de la suspensión al 35% de la materia prima se cambió al 0,1%. La materia sólida de alta velocidad de sedimentación se separó mediante el método de elutriación, y la materia sólida separada se secó a 40°C. El producto seco resultante se analizó mediante difracción de rayos X. Como resultado, se confirmó que el producto seco estaba compuesto de yeso dihidratado en
25 su totalidad, y de agua combinada, se confirmó también que su pureza había aumentado al 99,2%. Se midió también su tamaño de partículas promedio. Como resultado, se descubrió que el tamaño de partículas promedio era de 101 µm con respecto al de 22 µm antes del tratamiento y que el producto se había modificado a uno mayor. Sin embargo, la densidad específica aparente no compactada era tan ligera como de 0,7, mientras que la relación de aspecto era tan grande como de aproximadamente 7. La calidad del producto como material de yeso era, por lo tanto, inferior a la obtenida en otros ejemplos.
Ejemplo de referencia 1
La modificación del yeso de neutralización que tiene un tamaño de partículas promedio de 22 µm se llevó a cabo
35 exactamente de la misma manera y bajo exactamente las mismas condiciones que en el Ejemplo 4 excepto que la cantidad de yeso de neutralización a añadir tras el tratamiento de recristalización se cambió al 10%. De manera similar al Ejemplo 4, después que se reanudara la alimentación a velocidad constante durante 24 horas, la materia sólida de alta velocidad de sedimentación se separó mediante el método de elutriación de la suspensión descargada del tanque de reacción. Se secó la materia sólida separada a 40°C. El producto seco resultante se analizó mediante difracción de rayos X. Como resultado, se confirmó que el producto seco estaba compuesto de yeso dihidratado en su totalidad. Su tamaño de partículas promedio era de 43 µm de tal manera que el yeso bruto no se había modificado para dar uno grande como se desea en la presente invención. Además, la densidad específica aparente no compactada era de 1,0 y la relación de aspecto era de aproximadamente 2.
45 Ejemplo de referencia 2 (de acuerdo con la invención)
La modificación del yeso de neutralización que tiene un tamaño de partículas promedio de 22 µm se llevó a cabo exactamente de la misma manera y bajo exactamente las mismas condiciones que en el Ejemplo 7 excepto que la temperatura de la suspensión en el tanque de reacción de recristalización se mantuvo a 60,3°C. De manera similar al Ejemplo 4, después que se reanudara la alimentación a velocidad constante durante 24 horas, la materia sólida de alta velocidad de sedimentación se separó mediante el método de elutriación de la suspensión descargada del tanque de reacción. Se secó la materia sólida separada a 40°C. El producto seco resultante se analizó mediante difracción de rayos X. Como resultado, se confirmó que el producto seco estaba compuesto de yeso dihidratado en su totalidad. Con respecto al agua combinada, se confirmó también que su pureza era del 99,1%. Se midió también
55 su tamaño de partículas promedio. Como resultado, se encontró que el tamaño de partículas promedio era de 50 µm con respecto al de 22 µm antes del tratamiento y que era pequeño en comparación con los de los ejemplos. Se midió también la densidad específica aparente no compactada. Como resultado, se descubrió que la densidad específica aparente no compactada era tan ligera como de 0,7. El brillo de Hunter era 87 y el producto era un material especialmente adecuado como yeso blanco.
Ejemplo de referencia 3
La modificación del fosfoyeso que tiene un tamaño de partículas promedio de 37 µm se llevó a cabo exactamente de la misma manera y bajo exactamente las mismas condiciones que en el Ejemplo 3, excepto que la temperatura de la 65 suspensión en el tanque de reacción de recristalización se mantuvo a 92,0°C. La materia sólida de alta velocidad de sedimentación se separó mediante el método de elutriación, y la materia sólida separada se secó a 40°C. El agua
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