ES3054941T3 - Mechano-chemical activation of mineral materials - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a la selección del tamaño de un molino de molienda para la activación mecanoquímica económicamente razonable en particular de arcillas, por ejemplo en la industria del cemento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Activación mecanoquímica de materiales minerales

[0003] La invención se refiere a la selección del tamaño de un molino para la activación mecanoquímica económicamente viable de arcillas en particular, por ejemplo, en la industria del cemento.

[0004] En particular en el ámbito de la industria del cemento, las arcillas activadas se han establecido como aditivo. El método actualmente habitual es el secado y la calcinación de las arcillas, es decir, una activación térmica. Para ello, por un lado se requiere energía para el calentamiento y, por otro, la elevada temperatura puede provocar también otras transformaciones de la materia que eventualmente resulten indeseadas. Además, el proceso térmico requiere una depuración de los gases de combustión para la separación de las emisiones de óxidos de nitrógeno y óxido de azufre que se generan. Asimismo, el proceso térmico exigirá en el futuro la utilización de procedimientos para la separación y eventualmente depuración del dióxido de carbono generado o liberado.

[0005] Por ello se discute cada vez más la llamada activación mecanoquímica mediante molienda intensiva.

[0006] De la DE 102023106210, de publicación posterior, se conoce un procedimiento de molienda y activación puzolánica en un molino agitador de bolas.

[0007] De la DE 102023106217, de publicación posterior, se conoce un procedimiento de molienda y activación puzolánica en dos etapas separadas en un molino agitador de bolas.

[0008] De la DE 102023106221, de publicación posterior, se conoce la combinación de una activación mecanoquímica y térmica en al menos un molino agitador de bolas.

[0009] De la DE 10 2023 106 222, de publicación posterior, se conoce la optimización del color en la activación mecanoquímica de arcillas.

[0010] De la DE 102023123525, de publicación posterior, se conoce un aditivo para cemento a partir de hormigón reciclado. Dado que las arcillas constituyen un sistema complejo (en particular en comparación con la calcinación de la piedra caliza), los distintos procedimientos de activación dan lugar a diferentes productos (arcillas activadas) con distintas propiedades. Asimismo, la diversidad de las arcillas utilizables hace que no todo procedimiento sea aplicable a cualquier arcilla.

[0011] La activación mecanoquímica difiere fundamentalmente de la activación térmica en lo que respecta a la comprensión de los procesos. Mientras que la activación térmica está determinada principalmente por la temperatura y el tiempo, la activación mecanoquímica en un molino parece ser considerablemente más compleja y depender de muchos más parámetros. Además, una gran parte de la energía de molienda introducida se transforma en calor, por lo que existe aquí un potencial de optimización.

[0012] De la CN 106345576 A se conoce un molino en húmedo para el tratamiento industrial de aditivos para hormigón. De la AU 2019338944 A1 se conoce un molino de bolas vertical.

[0013] El objetivo de la invención consiste en optimizar la activación mecanoquímica en un molino de tal manera que la activación (reactividad del producto) por cantidad de energía empleada en el molino sea la máxima posible.

[0014] Este objetivo se resuelve mediante un dispositivo para la activación mecanoquímica con las características indicadas en la reivindicación 1, mediante el uso de un molino con las características indicadas en la reivindicación 7, así como mediante el procedimiento con las características indicadas en la reivindicación 10. Perfeccionamientos ventajosos se desprenden de las reivindicaciones dependientes, de la descripción que sigue y de los dibujos.

[0015] El dispositivo según la invención es adecuado para la activación mecanoquímica. Por ejemplo, las arcillas, pero también el hormigón reciclado u otras sustancias pueden activarse térmicamente, pero también mecanoquímicamente, y presentan entonces un comportamiento de fraguado adecuado, así como otras propiedades, que permiten su uso, por ejemplo, como sustituto de clínker o como aditivo. Este tipo de dispositivos se conocen, por ejemplo, por DE 10 2023106210, DE 102023106217, DE 102023106221, DE 102023106222 o DE 102023123525. El dispositivo comprende un molino. Este molino se hace funcionar para la activación mecanoquímica en un régimen en el que se introduce claramente más energía de molienda de la que se necesita para una trituración, y en el que ya puede observarse nuevamente un aumento de tamaño durante la molienda.

[0016] Al moler un material se distinguen, en función del aporte de energía, tres etapas. En la primera etapa, el tamaño de partícula disminuye (más o menos linealmente) con el aporte de energía (zona de Rittinger). Expresado de forma simplificada, cuanto más se muele, más fino se vuelve el producto. Sin embargo, esto tiene un límite, un tamaño de partícula que difícilmente se puede rebajar. A partir de este punto se inicia una segunda etapa, en la que el tamaño de partícula ya no puede modificarse con un mayor aporte de energía (zona de agregación). Por razones económicas se evita, por tanto, en una molienda el paso de la primera etapa a la segunda etapa, ya que un mayor esfuerzo no conlleva ningún efecto adicional de trituración. Si se incrementa aún más el aporte de energía, puede alcanzarse una tercera etapa en la que vuelve a observarse un aumento del tamaño de partícula (zona de aglomeración). Este intervalo se evita aún mucho más durante una molienda, ya que con un esfuerzo menor se obtiene un resultado mejor en términos de distribución del tamaño de las partículas.

[0017] Sin embargo, se ha constatado que, a altos aportes de energía —es decir, en la tercera etapa—, se producen modificaciones en el propio material que, por ejemplo, en el caso de las arcillas, conducen, al igual que en una activación térmica, a una activación, es decir, a una reactividad que permite su utilización como aglomerante (y, por tanto, como sustituto de clínker). Esta tercera etapa constituye, por tanto, la activación mecanoquímica y se diferencia de la molienda que se lleva a cabo en la primera etapa. Por lo tanto, según el estado de la técnica, la molienda no es una activación mecanoquímica.

[0018] Se ha constatado sorprendentemente que un molino adecuado para la activación mecanoquímica, es decir, capaz de proporcionar un aporte de energía suficientemente alto y que presenta un volumen interior de al menos 1 m<3>, puede utilizarse de manera especialmente eficiente y, por tanto, especialmente económica para la activación. Esta diferencia en la eficiencia hace que los molinos con un volumen interior inferior a 100 l sean completamente ineficientes y que solo a partir de un volumen interior superior a 1 m<3>presenten una eficiencia económicamente viable. De forma sorprendente, los ensayos técnicos han demostrado que la relación entre la activación obtenida y la energía introducida depende en gran medida del tamaño constructivo de la máquina, de modo que de ello se deriva un tamaño mínimo de la máquina para un funcionamiento económico. Esto significa que, independientemente del caudal que se desee conseguir, debe elegirse un molino comparativamente grande. Si bien los molinos grandes son conocidos por el experto, estos suelen ser aptos únicamente para la mera trituración y, por tanto, no pueden utilizarse para la activación mecanoquímica.

[0019] En otra forma de realización de la invención, el molino es un molino agitador de bolas.

[0020] En otra forma de realización de la invención, el molino presenta una densidad de energía de al menos 200 kW/m<3>. En otra realización de la invención, el molino presenta una longitud de al menos 2 m, preferiblemente de al menos 2,5 m.

[0021] En otra forma de realización de la invención, el molino presenta una superficie de sección transversal perpendicular al eje longitudinal de al menos 0,71 m<2>, referentemente de al menos 0,75 m<2>.

[0022] En otra forma de realización de la invención, el molino presenta una relación entre la longitud y el diámetro de al menos 3, preferentemente de al menos 3,5.

[0023] En otro aspecto, la invención se refiere al uso de un molino con un volumen interior de al menos 1 m<3>para la activación mecanoquímica.

[0024] En otra realización de la invención, el molino utilizado es un molino de bolas con agitador.

[0025] En otra forma de realización de la invención, el molino utilizado presenta una densidad de energía de al menos 200 kW/m<3>.

[0026] En otro aspecto, la invención se refiere a un procedimiento para la activación mecanoquímica, por ejemplo, de arcillas para su utilización en la industria del cemento. Para la activación mecanoquímica se selecciona un molino con un volumen interno de al menos 1 m<3>.

[0027] En otra realización de la invención, el molino seleccionado es un molino de bolas agitador.

[0028] En otra forma de realización de la invención, el molino funciona con una densidad de energía de al menos 200 kW/m<3>. En otra forma de realización de la invención, el molino se hace funcionar con un tiempo de permanencia del material molido en el molino de al menos 5 min, preferentemente de al menos 10 min, y más preferentemente de al menos 20 min.

[0029] En otra forma de realización de la invención, se activan silicatos laminares. Los silicatos laminares han resultado ser especialmente adecuados, y el efecto positivo de un molino de gran tamaño se aprecia en ellos de manera aún más marcada. Se han revelado como especialmente adecuados los minerales de arcilla 1:1, en particular la caolinita, así como los minerales de arcilla 2:1, en particular la moscovita y la illita.

[0030] A continuación, se muestra la relación entre el tamaño del espacio interior y la eficiencia de activación.

[0031] Fig.1 Datos de medición de dos molinos ejemplares

[0032] Fig.2 Dependencia del aporte específico de energía del volumen interno

[0033] En Fig.1 se muestran dos molinos ejemplares, que sólo difieren en el tamaño del espacio interior. El espacio interior de B es, en este caso, 10 veces mayor que el espacio interior de A. En el eje de abscisas se representa el aporte de energía en kWh/t y en el eje de ordenadas el grado de activación alcanzado, donde el 100 % corresponde a la activación máxima alcanzable.

[0034] Se puede apreciar claramente que la curva correspondiente al molino A y al molino B discurre de manera paralela, pero en el molino de mayor tamaño se alcanza una activación notablemente más elevada con el mismo aporte de energía o, dicho de otro modo, se obtiene la misma activación con un aporte de energía por tonelada de producto considerablemente menor.

[0035] En Fig.2 se representa el volumen interior del molino en litros l frente a la densidad de energía aplicada en kW/l. Se aprecia claramente que la densidad de energía, por debajo de un volumen de molino de 1000 l o 1 m<3>, depende de manera marcada del volumen; la pendiente de la curva obtenida es fuertemente negativa. Solo a partir de un volumen de 1000 l, el trazado de la curva se vuelve claramente más plano. A partir de este momento, la eficiencia económica está garantizada.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para la activación mecanoquímica, comprendiendo el dispositivo un molino, caracterizado por que el molino presenta un volumen interior de al menos 1 m<3>.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el molino es un molino de bolas agitador.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el molino presenta una densidad de energía de al menos 200 kW/m<3>.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el molino presenta una longitud de al menos 2 m, preferentemente de al menos 2,5 m.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el molino presenta una superficie de sección transversal perpendicular al eje longitudinal de al menos 0,71 m<2>, preferentemente de al menos 0,75 m<2>.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el molino presenta una relación entre la longitud y el diámetro de al menos 3, preferentemente de al menos 3,5.

7. Uso de un molino con un volumen interior de al menos 1 m<3>para la activación mecanoquímica.

8. Uso según la reivindicación 7, caracterizado por que el molino es un molino agitador de bolas.

9. Uso según una de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizado por que el molino presenta una densidad de energía de al menos 200 kW/m<3>.

10. Procedimiento para la activación mecanoquímica, en el que para la activación mecanoquímica se selecciona un molino con un volumen interior de al menos 1 m<3>.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por que se selecciona como molino un molino agitador de bolas.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 11, caracterizado por que el molino se hace funcionar con una densidad de energía de al menos 200 kW/m<3>.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que el tiempo de permanencia del material de molienda en el molino es de al menos 5 min, preferentemente de al menos 10 min y más preferentemente de al menos 20 min.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado por que se activan silicatos laminares.