WO2023039652A1 - Aglomerado sólido prensado a frio, e, processo de produção do mesmo - Google Patents

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Definitions

  • the present invention is related to solid agglomerates.
  • the present invention relates to a solid cold-pressed agglomerate using an organic binder.
  • the cold agglomeration process consists of grouping materials with fine granulometry, in order to obtain a product with larger dimensions through the use of binders. Through this process it is possible to obtain, for example, high quality metallic agglomerates or charcoal briquettes, taking advantage of the fractions made up of smaller particles that would normally be discarded.
  • coal briquetting technique has been gaining ground in the industry.
  • This technique which can be used for both mineral and charcoal, generally involves the steps of: (i) granulometric balancing of coal or biomass particles; (ii) mixture of binders (binders); (iii) mechanical compaction; and (iv) drying the briquettes.
  • the binders used in the briquetting process can be of mineral or organic origin. Such binders play an important role in the formation of briquettes, providing thermoplastic properties (plasticity, tenacity and resistance to compression) to green briquettes and after drying.
  • thermoplastic properties plasticity, tenacity and resistance to compression
  • One of the most used organic binders in the coal briquetting industry today is corn flour or starch heat treated by extrusion or drum dryer at temperatures between 130 to 150°C.
  • the present invention aims to solve the problems mentioned above in a practical and efficient way.
  • the present invention has as a first objective to provide a cold-pressed solid agglomerate and a production process for the same that employs a binder that is easy to manufacture, dispensing with the need for equipment, facilities and the use of thermal energy for the industrialization of the binder.
  • the present invention has as a second objective to provide a cold-pressed solid agglomerate and a production process thereof that uses a smaller amount of binder.
  • the present invention has as a third objective to provide a cold-pressed solid agglomerate and a production process thereof that uses a liquid binder at room temperature, miscible in water, fluid, easy to incorporate, easy dissolution of additives to the mixture and that provides operational practicality.
  • the present invention provides a cold-pressed solid agglomerate containing a mixture which, in turn, comprises at least one main compound and at least one organic binder, in which the at least one Organic binder is obtained by the chemical reaction of starch under controlled pH through at least one alkali in aqueous medium and at room temperature.
  • the present invention provides a process for producing a cold-pressed solid agglomerate, comprising the steps of (i) mixing at least one main compound with at least one organic binder and (ii) cold-pressing the mixture to an agglomerate is formed, in which the at least one organic binder is obtained by the chemical reaction of starch under controlled pH through at least one alkali in aqueous medium and at room temperature.
  • the present invention provides a cold-pressed solid agglomerate and a process for producing the same.
  • the cold pressed solid agglomerate of the present invention comprises a mixture which, in turn, contains at least one main compound and at least one organic binder.
  • the main compound can be, for example, at least one of biomass, charcoal and coal. Such a compound can be mixture of different coals or biomass, possibly with different compositions and granulometries. Alternatively, the main compound can be at least one metal, which will give rise to a metallic agglomerate.
  • the at least one organic binder is obtained by the chemical reaction of starch under controlled pH through at least one alkali in aqueous medium and at room temperature. More preferably, the at least one alkali is sodium hydroxide.
  • the at least one organic binder is obtained by means of the reagents in the following proportions by mass:
  • the starch to be used in the reaction of the present invention is preferably a regular corn starch, also known as native corn starch.
  • the sodium hydroxide employed in the reaction of the present invention is preferably a 10% to 50% sodium hydroxide (aqueous sodium hydroxide solution).
  • the at least one organic binder generated in the chemical reaction is in the form, in order to allow the dilution of additives in a practical way.
  • the process for producing the cold-pressed solid agglomerate according to the present invention comprises the steps of (i) mixing at least one main compound with at least one organic binder; and (ii) cold pressing the mixture to form the agglomerate, so that the at least one organic binder is obtained by the chemical reaction of starch under controlled pH through at least one alkali in aqueous medium and at room temperature.
  • the process of the present invention comprises the step of adding an additive to the mixture prior to the step of pressing the cold mix.
  • the process of the present invention comprises the step of drying the solid agglomerate after the step of cold pressing the mixture.
  • the solid agglomerate according to the present invention presented results considerably superior to those of the state-of-the-art agglomerate, which uses flour and/or thermo-modified starch as a binder.
  • the results presented by the green briquettes demonstrated that the greater degree of gelatinization promoted by the chemical reaction of the binder provided greater adhesion between the particles of the agglomerate and consequently better tenacity performance (drop test) and greater resistance to compression.
  • the process for obtaining the organic binder used in the agglomerate of the present invention is not thermomechanical, there is no breakage of the starch molecules, which does not reduce its binding properties.
  • the present invention provides a cold-pressed solid agglomerate and a production process for the same that employ a binder that is easy to manufacture, dispensing with the need for extrusion machines and the use of thermal energy for the processing of the starch. Furthermore, the present invention uses a liquid binder, allowing the dissolution of additives in the mixture in an easy and practical way. Finally, the technique of the present invention uses a significantly smaller amount of binder, increasing the purity of the solid agglomerate when compared to the prior art agglomerates.

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Abstract

A presente invenção está relacionada a um aglomerado sólido prensado a frio que utiliza um ligante orgânico. Nesse contexto, a presente invenção provê um aglomerado sólido prensado a frio contendo uma mistura que, por sua vez, compreende pelo menos um composto principal e pelo menos um ligante orgânico, em que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente. Adicionalmente, a presente invenção provê um processo de produção de um aglomerado sólido prensado a frio, compreendendo as etapas de (i) misturar pelo menos um composto principal a pelo menos um ligante orgânico e (ii) prensar a mistura a frio para se formar um aglomerado, em que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente.

Description

AGLOMERADO SÓLIDO PRENSADO A FRIO, E, PROCESSO DE PRODUÇÃO DO MESMO CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção está relacionada a aglomerados sólidos.
Em particular, a presente invenção está relacionada a um aglomerado sólido prensado a frio que utiliza um ligante orgânico.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[002] O processo de aglomeração a frio consiste no agrupamento de materiais com granulometria fina, com o objetivo de obter um produto com maiores dimensões através do uso de ligantes. Através deste processo é possível obter, por exemplo, aglomerados metálicos ou briquetes de carvão com alta qualidade, aproveitando as frações constituídas por partículas de menor tamanho e que geralmente seriam descartadas.
[003] Dentre os diferentes processos de aglomeração a frio, a técnica de briquetagem de carvão vem ganhando espaço na indústria. Essa técnica, que pode ser usada tanto para carvão mineral quanto para vegetal, geralmente envolve as etapas de: (i) balanceamento granulométrico das partículas de carvão ou biomassa; (ii) mistura de ligantes (aglomerantes); (iii) compactação mecânica; e (iv) secagem dos briquetes.
[004] Os ligantes utilizados no processo de briquetagem podem ser de origem mineral ou orgânicos. Tais ligantes desempenham importante papel na formação dos briquetes, conferindo propriedades termoplásticas (plasticidade, tenacidade e resistência à compressão) aos briquetes verdes e após secagem. Um dos ligantes orgânicos mais utilizados na indústria de briquetagem de carvão atualmente é a farinha ou amido de milho tratado termicamente por extrusão ou secador tambor a temperaturas entre 130 a 150°C.
[005] Tanto a farinha quanto o amido de milho tratados termicamente, para serem fabricados, exigem equipamentos e instalações relativamente caros e complexos. Além disso, o processo de termo modificação pelo quais a farinha e/ou amido de milho passam, promove a quebra de suas cadeias moleculares, o que reduz significativamente suas propriedades ligantes. Isso implica em maiores quantidades de ligante no briquete, o que encarece o produto final e diminui seu poder calorífico, já que uma maior proporção de ligante é observada nos briquetes em detrimento de carvão ou biomassa.
[006] Por fim, ressalta-se que a indústria vêm se desenvolvendo e buscando alternativas para a melhoria do desempenho e propriedades dos físicas briquetes, desde a sua formação (a verde) até sua a queima em fomos ou reatores siderúrgicos. Nesse sentido, hoje em dia, o uso de aditivos em pó (ou líquido) à composição do briquete é bastante comum para melhorar determinadas características do mesmo. Nesse cenário, o ligante do estado da técnica apresenta limitações, isso devido a massa ser aglomerada, por certas vezes, possuir um percentual de umidade (água livre) menor que a necessária para gelatinizar de forma plena a farinha e o amido tratado termicamente na forma de pó. Tal condição prejudica o desenvolvimento de característica de adesividade do ligante farinha ou amido de milho termo tratado.
[007] A presente invenção visa a solução dos problemas acima citados de forma prática e eficiente.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[008] A presente invenção tem como um primeiro objetivo prover um aglomerado sólido prensado a frio e um processo de produção do mesmo que empregue um ligante de fácil fabricação, dispensando a necessidade de equipamentos, instalações e do uso de energia térmica para a industrialização do ligante.
[009] A presente invenção tem como um segundo objetivo prover um aglomerado sólido prensado a frio e um processo de produção do mesmo que utilize uma menor quantidade de ligante. [0010] A presente invenção tem como um terceiro objetivo prover um aglomerado sólido prensado a frio e um processo de produção do mesmo que utilize um ligante líquido a temperatura ambiente, miscível em água, fluido, de fácil incorporação, fácil dissolução de aditivos à mistura e que proporciona praticidade operacional.
[0011] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um aglomerado sólido prensado a frio contendo uma mistura que, por sua vez, compreende pelo menos um composto principal e pelo menos um ligante orgânico, em que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente.
[0012] Adicionalmente, a presente invenção provê um processo de produção de um aglomerado sólido prensado a frio, compreendendo as etapas de (i) misturar pelo menos um composto principal a pelo menos um ligante orgânico e (ii) prensar a mistura a frio para se formar um aglomerado, em que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0013] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de concretizações preferenciais da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essas concretizações particulares.
[0014] A presente invenção provê um aglomerado sólido prensado a frio e um processo de produção do mesmo. O aglomerado sólido prensado a frio da presente invenção compreende uma mistura que, por sua vez, contém pelo menos um composto principal e pelo menos um ligante orgânico.
[0015] O composto principal pode ser, por exemplo, pelo menos um de biomassa, carvão vegetal e carvão mineral. Tal composto pode ser a mistura de diferentes carvões ou biomassa, eventualmente com composições e granulometrias diferentes. Altemativamente, o composto principal pode ser pelo menos um metal, o que dará origem a um aglomerado metálico.
[0016] Preferencialmente, o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente. Mais preferencialmente, o pelo menos um álcali é o hidróxido de sódio.
[0017] Preferencialmente, o pelo menos um ligante orgânico é obtido por meio dos reagentes nas seguintes proporções em massa:
Água: 83 a 87,5%;
Amido: 12 a 16%;
Hidróxido de Sódio: 0,5 a 1%.
[0018] O amido a ser empregado na reação da presente invenção é preferencialmente um amido de milho regular, também conhecido como amido de milho nativo. O hidróxido de sódio empregado na reação da presente invenção é preferencialmente um hidróxido de sódio 10% a 50% (solução aquosa de hidróxido de sódio).
[0019] Preferencialmente, o pelo menos um ligante orgânico gerado na reação química está sob a forma, de forma a permitir a diluição de aditivos de forma prática.
[0020] O processo de produção do aglomerado sólido prensado a frio de acordo com a presente invenção compreende as etapas de (i) misturar pelo menos um composto principal a pelo menos um ligante orgânico; e (ii) prensar a mistura a frio para se formar o aglomerado, de forma que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente.
[0021] Opcionalmente, o processo da presente invenção compreende a etapa de adicionar um aditivo à mistura previamente à etapa de prensar a mistura a frio.
[0022] Opcionalmente, o processo da presente invenção compreende a etapa de secagem do aglomerado sólido após a etapa de prensar a mistura a frio.
[0023] Testes realizados mostraram que o aglomerado sólido prensado a frio de acordo com a presente invenção, obtido pelo processo acima descrito, possui propriedades físicas significativamente superiores quando comparado com o aglomerado do estado da técnica, que possui como ligante a farinha e/ou amido de milho termo modificado por extrusão ou por secador tambor. A tabela 1 abaixo mostra o resultado de diversos testes para o aglomerado da presente invenção, especificamente o briquete de carvão verde, e para o aglomerado do estado da técnica.
Tabela 1
Figure imgf000006_0001
[0024] Como pode ser observado, o aglomerado sólido de acordo com a presente invenção apresentou resultados consideravelmente superiores aos do aglomerado do estado da técnica, que utiliza a farinha e/ou amido termo modificado como ligante. Os resultados apresentados pelos briquetes verdes demonstraram que o maior grau de gelatinização promovido pela reação química do ligante proporcionou maior adesividade entre as partículas do aglomerado e consequentemente melhor desempenho de tenacidade drop test) e maior resistência a compressão. [0025] Além dos ganhos de propriedade acima citados, uma vez que o processo de obtenção do ligante orgânico empregado no aglomerado da presente invenção não é termomecânico, não há quebra das moléculas do amido, o que não reduz suas propriedades ligantes. Dessa forma, há uma economia de até 70% de ligante empregado na fabricação do aglomerado da presente invenção quando comparado com o aglomerado do estado da técnica. Isso também contribui para aumentar significativamente a pureza do aglomerado, aumentando a fração do composto principal (carvão, por exemplo) no produto.
[0026] Portanto, conforme exposto acima, a presente invenção provê um aglomerado sólido prensado a frio e um processo de produção do mesmo que empregam um ligante de fácil fabricação, dispensando a necessidade de máquinas extrusoras e do uso de energia térmica para o processamento do amido. Além disso, a presente invenção utiliza um ligante líquido, permitindo a dissolução de aditivos na mistura de forma fácil e prática. Por fim, a técnica da presente invenção utiliza uma quantidade de ligante significativamente menor, aumentando a pureza do aglomerado sólido quando comparado com os aglomerados do estado da técnica.
[0027] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.

Claims

7 REIVINDICAÇÕES
1. Aglomerado sólido prensado a frio, compreendendo: uma mistura que compreende pelo menos um composto principal e pelo menos um ligante orgânico; caracterizado por o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente.
2. Aglomerado, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por ser um aglomerado formado por compostos de base carbonosa ou ferrosa.
3. Aglomerado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o pelo menos um ligante orgânico ser obtido por meio dos reagentes nas seguintes proporções em massa:
Água: 83 a 87,5%;
Amido: 12 a 16%;
Hidróxido de Sódio: 0,5 a 1%.
4. Aglomerado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o amido ser um amido de milho regular.
5. Aglomerado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o pelo menos um ligante orgânico ser miscível em água e fluido sob temperatura ambiente.
6. Aglomerado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos um aditivo.
7. Processo de produção de um aglomerado sólido prensado a frio, compreendendo as etapas de: misturar pelo menos um composto principal a pelo menos um ligante orgânico; e prensar a mistura a frio para se formar um aglomerado, 8 caracterizado por o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a etapa de reação química possuir os reagentes nas seguintes proporções em massa:
Água: 83 a 87,5%;
Amido: 12 a 16%;
Hidróxido de Sódio: 0,5 a 1%.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado por compreender a etapa de adicionar um aditivo à mistura previamente à etapa de prensar a mistura a frio.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de secagem do aglomerado sólido após a etapa de prensar a mistura a frio.
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