BR112014022980B1 - composição mineral contendo uma fase sólida misturada de carbonatos de cálcio e magnésio e método de fabricação e uso da mesma - Google Patents

Abstract

COMPOSIÇÃO MINERAL FEITA A PARTIR DE FASE SÓLIDA MISTURADA DE CARBONATOS DE CÁLCIO E MAGNÉSIO, MÉTODO DE PREPARAÇÃO E USO DA MESMA. Uma composição mineral feita de uma fase sólida misturada de carbonatos de cálcio e magnésio, método de preparar a mesma e uso da mesma. Uma composição mineral feita a partir de uma fase sólida misturada de carbonatos de cálcio e magnésio, formada a partir de uma porção de cálcio cristalizada e uma porção de magnésio cristalizada na forma de plaquetas, os cristais da porção cálcio e aqueles da porção magnésio sendo agregados na forma de compostos agregados, os referidos agregados dos mesmos sendo pelo menos parcialmente aglomerados, a referida porção de cálcio compreendendo pelo menos um carbonato escolhido a partir do grupo consistindo de calcita, aragonita e as misturas dos mesmos, a referida porção de magnésio compreendendo hidromagnesita na forma de plaqueta, a referida fase sólida misturada tendo uma densidade de massa menor que ou igual a 250 kg/m3, e maior que ou igual a 80 kg/m3, medida de acordo com o EN 459.2.

Description

[001]A presente invenção relaciona-se a uma composição mineral contendo uma fase sólida misturada de carbonatos de cálcio e magnésio, a um método de preparação e uso da mesma.

[002]Carbonatos de cálcio sintéticos são conhecidos, principalmente para usos como enchimentos (papel, pintura, plásticos...). Para essas aplicações são particularmente conhecidos para sintetizar carbonatos densos, em particular calcita que é escalenoédrica, romboédrica ou de morfologia prismática, ou argonita tendo morfologia acicular.

[003]Composições são também conhecidas contendo carbonatos de cálcio e magnésio sintéticos que são notavelmente usadas no campo da fabricação de material de papel e plástico.

[004]Por exemplo, composições de acordo com pedidos de patente EP-A- 2322581 e DE-A-3245103 podem ser citadas. A primeira revela partículas de carbonato de magnésio tipo placa na forma de hidromagnesita em uma mistura com carbonato de cálcio coloidal, bem adequado como enchimentos para materiais de papéis ou plástico. A segunda revela partículas de carbonato de cálcio escalenoédrico (isto é, na forma de grão de arroz) em uma mistura com partículas tipo placa de carbonato de magnésio básico. Os respectivos carbonatos são produzidos separadamente e não formam um compósito.

[005]As composições descritas na patente Europeia EP-B-0526121 são formadas de uma mistura uniforme de partículas de carbonato de cálcio tendo uma estrutura cristalina de aragonita acicular com configuração de partícula colunar e de um carbonato de magnésio hidratado tendo uma configuração de partícula tipo placa.

[006]Pedido de patente Japonesa JP 63-123810 é também conhecido, que descreve um método para produzir uma composição mineral contendo uma fase sólida misturada de carbonatos de cálcio e magnésio. Este método compreende carbonatação de uma suspensão aquosa de carbonato de magnésio básico a qual é continuamente adicionada uma suspensão aquosa de hidróxido de magnésio e hidróxido de cálcio. Carbonatação é conduzida com alta taxa de fluxo de CO2 que dá aumento à formação de partículas esféricas porosas de carbonato de magnésio básico nos núcleos de germinação do carbonato de magnésio básico inicialmente presente na suspensão, os poros dessas partículas sendo parcialmente preenchidos com carbonato de cálcio. Esta composição é altamente densa e tencionada para a produção de enchimentos no campo de papel, pintura, fabricação de material plástico ou para o setor médico.

[007]A presente invenção objetiva o desenvolvimento de composições minerais particularmente tencionadas para o setor de construção. Neste campo existe uma necessidade, por exemplo, de desenvolver composições minerais capazes de oferecer uma alternativa vantajosa a espumas de poliuretano ou fenólicas usualmente usadas nos painéis de isolamento, por exemplo. De fato, materiais minerais têm a vantagem comparada com espumas orgânicas de ter uma durabilidade mais longa, muito melhor resistência ao fogo e impacto ambiental reduzido. É, portanto, desejável que essas novas composições minerais tenham propriedades térmicas que são substancialmente comparáveis àquelas de espumas conhecidas. Existe então uma necessidade no desenvolvimento de materiais minerais tendo alta porosidade de volume controlado e de baixa densidade, enquanto mantendo propriedades mecânicas aceitáveis (resistência a sobra, compressão, impactos...).

[008]Em um meio poroso por condutividade térmica é representado um valor À que é a soma de i) a proporção da condutividade térmica do gás ocluído nos poros à fração de volume dos poros na composição e ii) a proporção da condutividade térmica da matéria sólida à fração do volume desta matéria sólida na composição. A condutividade térmica dos gases é geralmente na ordem de 10-2 W/K/m e para sólidos na ordem de 1 a 102 W/K/m; maior a fração de volume de gás (então dos poros) na composição, menor a condutividade térmica da composição e melhor a propriedade de insulação do material.

[009]Para resolver este problema, é provido de acordo com a presente invenção uma composição mineral contendo uma fase sólida misturada de carbonatos de cálcio e magnésio sintéticos, formados de uma porção de cálcio cristalizado e de uma porção de magnésio cristalizado na forma tipo placa, os cristais da porção cálcica e aquelas da porção de magnésio formando agregados de compósito, esses agregados por si só sendo pelo menos parcialmente aglomerados na forma de aglomerados, a referida porção cálcica compreendendo pelo menos um carbonato selecionado a partir do grupo consistindo de calcita, aragonita e as misturas das mesmas, a referida porção de magnésio compreendendo hidromagnesita na forma tipo placa, a referida fase sólida misturada tendo uma densidade volumétrica igual a ou menor que 250 kg/m2 e igual a ou maior que 80 kg/m3, medida de acordo com EN 459.2 padrão.

[010]Calcita e aragonita são duas estruturas cristalinas de carbonato de cálcio CaCO3. Hidromagnesita, também chamada carbonato de magnésio básico tem a fórmula Mg5(CO3)4(OH)2.4H2O ou 4MgCO3.Mg(OH)2.4H2O. Na base de dados do Centro Internacional para Dados de Difração (ICDD), hidromagnesita corresponde a ficha de dados com referências 00-025-0513 (monoclínico) e 01-070-1177 (ortorômbico). Não deve ser confundida com magnesita, um carbonato de magnésio de fórmula MgCO3, ou com nesqueonita, um carbonato de magnésio hidratado de fórmula MgCO3.3H2O, que são para ser evitados de acordo com a invenção.

[011]Por <<agregado>> na presente invenção é significado uma união coesa de cristais.

[012]Por << aglomerado>> na presente invenção é significado uma união fraca de agregados de cristal e/ou de cristais que podem facilmente ser quebrados usando meios mecânicos (ultrassom, agitação, tosquia, vibração...).

[013]Por <<densidade volumétrica>> na presente invenção significa a proporção entre a massa do material e o volume aparente dos aglomerados ou grãos medidos em acordo com EN 459.2 padrão.

[014]A baixa densidade volumétrica da fase sólida misturada da composição de acordo com a invenção resulta a partir de um grande volume poroso, isto é, uma alta incorporação de gás na fase sólida misturada que tem vários níveis de porosidade: dentro dos agregados de cristais, dentro dos aglomerados de agregados e mesmo entre os aglomerados ou grãos.

[015]Por <<volume poroso>> na presente invenção é tencionado um volume poroso global correspondendo as diferentes porosidades descritas acima e medidas usando o método de intrusão de mercúrio. O remanescente do mesmo é considerado que o volume poroso corresponde ao volume dos poros tendo um tamanho de poro de < 100 μm.

[016]É geralmente reconhecido que a densidade volumétrica de hidromagnesita padrão está entre 200 e 400 kg/m3. Carbonatos de cálcio sintéticos usualmente têm uma densidade volumétrica de entre 250 e 600 kg/m3.

[017]Contra todas as expectativas, a fase sólida misturada de carbonato de cálcio e hidromagnesita da composição de acordo com a invenção tem uma densidade volumétrica inferior que 250 kg/m3.

[018]Este resultado é todo o mais surpreendente desde que ele permite valores de condutividade térmica reduzidos a serem alcançados para a fase sólida misturada da composição mineral de acordo com a invenção, na ordem de 25 a 45 mW/K/m e em particular na ordem de 28 a 45 mW/K/m.

[019]A fase sólida misturada da composição da invenção então tem aspectos particulares que não são encontrados nas fases puras usuais de hidromagnesita ou tipo carbonato de cálcio sintético.

[020]A explanação pode ser encontrada no fato de que a fase sólida misturada de cálcio e magnésio tem uma estrutura de cristalização misturada permitindo um melhor comprometimento entre porosidade, extensão de agregação e organização de cristais relativa a uma outra. Este compromisso leva a uma baixa densidade volumétrica e então a baixa condutividade térmica. Este efeito entre outros é obtido com o método da invenção que é especificamente designado para alcançar as características particulares de baixa densidade volumétrica e então de baixa condutividade térmica da fase sólida da composição de acordo com a invenção. Este método é descrito em mais detalhes abaixo e compreende uma etapa de carbonatação de um hidróxido de cálcio e magnésio que permite a formação de uma fase sólida misturada de carbonatos de cálcio e magnésio cuja estrutura é controlada.

[021]Em uma modalidade da invenção, a referida porção de magnésio da composição mineral de acordo com a presente invenção pode ainda conter MgO periclase e/ou brucita Mg(OH)2. As proporções desses componentes diferentes na fase sólida misturada da composição da invenção, em adição ao carbonato de cálcio sintético e hidromagnesita são relacionadas a condições de operação e propriedades da dolomita hidratada usadas para o método de carbonatação permitindo a obtenção da fase sólida misturada da composição de acordo com a invenção descrita abaixo. Dolomita completamente hidratada (hidratada sobre pressão para prevenir a presença residual de MgO na dolomita hidratada) levará a teores mais altos de Mg(OH)2 na fase sólida misturada da composição de acordo com a invenção que se uma dolomita parcialmente hidratada for usada, a última possivelmente levando a presença de MgO na fase sólida misturada da composição de acordo com a invenção.

[022]Em outra modalidade da invenção, a porção cálcica da composição da invenção pode ainda conter hidróxido de cálcio Ca(OH)2, por exemplo, na forma portlandita. É para ser notado que a porção cálcica sempre tem uma proporção de peso majoritário de calcita, aragonita ou uma mistura de ambos.

[023]Em uma modalidade vantajosa da presente invenção, a fase sólida misturada da referida composição mineral tem uma área de superfície específica de 15 m2/g ou maiores, mais particularmente maiores que 20 m2/g e preferivelmente 25 m2/g ou maior, possivelmente alcançando 35 m2/g.

[024]Por <<área de superfície específica>> usada na presente invenção é significada a área de superfície específica medida por adsorção de nitrogênio manométrico e calculada usando o modelo Brunauer, Emmett e Teller (método BET) após desgasificação a 190o C.

[025]A fase sólida misturada da composição da invenção então tem uma vantagem inesperada adicional em que a área de superfície específica é maior que aquela de carbonatos de cálcio sintéticos usuais que têm uma área de superfície específica na ordem de 4 a 15 m2/g.

[026]Vantajosamente a composição da presente invenção pode ainda conter uma fase aquosa, a referida composição então sendo em suspensão ou na forma de pasta. Pode também estar na forma sólida, particularmente na forma em pó, e ter um teor de umidade de entre 0 e 4% em peso, e particular entre 0,1 e 4%, preferivelmente de 3% ou inferior, mais preferivelmente de 2% ou inferior pelo peso de água relativa ao peso total da composição. Em uma modalidade de suspensão particular, os aglomerados podem ser dispersos.

[027]De acordo com uma modalidade da invenção, a referida hidromagnesita é representada pela fórmula Mg5(CO3)4(OH)2.4H2O (ou indiferentemente 4MgCO3.Mg(OH)2.4H2O) e está presente em um teor dentre 10 e 60% por peso, preferivelmente 20% por peso ou mais, mais preferivelmente 30% por peso ou mais relativo ao peso da fase sólida misturada referida.

[028]Vantajosamente a porção cálcica referida está contida na composição da invenção em uma quantidade variando de 35 a 75%, vantajosamente 40 a 70%, preferivelmente 45 a 65%, mais preferivelmente 50 a 60% por peso relativo ao peso total da fase sólida misturada. A porção de magnésio total representa uma quantidade variando de 25 a 65%, vantajosamente 30 a 60%, preferivelmente 35 a 55% e mais preferivelmente 40 a 50% do peso total da fase sólida misturada.

[029]Em um pó seco de uma composição referida da invenção, os seguintes compostos podem ser encontrados (em peso %): - calcita CaCO3: 26-67 %; - aragonita CaCO3: 0 -25 %; - portlandita Ca(OH)2: 0 -2 %; - hidromagnesita Mg5(CO3)4(OH)2.4H2O: 13- 54 %; - brucita Mg(OH)2: 0 -44 %, preferivelmente 0- 25 %; - periclase MgO: 0 -5 %; - oxi-hidróxido de magnésio Mg3O2(OH)2: 0-5 %; com um total de 36 a 67% de CaCO3 e um total de 28 a 64% para a porção de magnésio.

[030]De acordo com a invenção a fase sólida misturada tem uma proporção molar Ca/Mg de entre 0,4 e 1,2, e em particular está entre 0,8 e 1,2.

[031]A composição da invenção é ou na forma de pó ou na forma de uma suspensão ou pasta a partir da qual um referido pó pode ser produzido.

[032]Preferivelmente, na composição mineral da invenção a densidade da massa da fase sólida misturada é 200 kg/m3 ou inferior, mais particularmente 180 kg/m3 ou inferior, ainda 160 kg/m3 ou inferior. Vantajosamente a densidade da massa é igual a ou maior que 90 kg/m3, em particular igual a ou maior que 100 kg/m3.

[033]Em uma modalidade vantajosa da presente invenção a fase sólida misturada da referida composição mineral tem uma condutividade térmica de entre 25 e 45 mW/K/m, em particular entre 28 e 45 mW/K/m. Esta condutividade é preferivelmente igual a 40 mW/K/m ou inferior, mais particularmente igual a 35 mW/K/m ou inferior e preferivelmente é igual a 32 mW/K/m ou inferior.

[034]De acordo com uma modalidade vantajosa da invenção, a fase sólida misturada está contida em uma proporção variando de 5 a 65% por peso relativa ao peso total da composição, e um meio líquido está presente em uma proporção variando de 35 a 95% por peso relativo ao peso total da composição mineral.

[035]De acordo com uma modalidade particular da invenção, a fase sólida misturada referida é composta de aglomerados de triturados em grãos de 2 mm de tamanho ou menores, preferivelmente 1 mm ou menor, mais preferivelmente 200 μm ou menor e ainda preferivelmente 80 μm ou menor.

[036]De acordo com uma modalidade melhorada da invenção, os agregados da fase sólida misturada são formados de um núcleo cálcico em que placas de hidromagnesita são agregadas.

[037]Em outra modalidade particular da invenção, os agregados têm uma morfologia substancialmente esférica.

[038]De acordo com uma modalidade da invenção, 80% por volume dos agregados têm um tamanho característico na ordem de 1 a 40 μm, preferivelmente 3 a 30 μm, mais preferivelmente 5 a 20 μm na base de fotos SEM. 80% por volume das placas hidromagnesita têm uma largura na ordem de 0,5 a 10 μm, preferivelmente 0,5 a 5 μm.

[039]As placas de hidromagnesita não são aleatoriamente agregadas. Mais frequentemente os agregados da invenção têm uma forma geral similar àquela de uma flor de gesso.

[040]Um pó seco de uma composição mineral preferida da invenção pode ter as seguintes características: _ densidade volumétrica: 80-250 kg/m3 condutividade térmica: 25-45 mW/K/m _ área de superfície específica, BET: 15-35 m2/g _ volume do poro <100 μm: 1-5 cm3/g _ umidade: 0-4%. A presente invenção também se refere a um método para fabricar uma composição mineral contendo uma fase sólida misturada de carbonatos de cálcio e magnésio, compreendendo: - i) preparando pelo menos dolomita parcialmente hidratada por calcinação de dolomita bruta seguida por pelo menos hidratação parcial de dolomita calcinada; - ii) colocando a referida dolomita pelo menos parcialmente hidratada em suspensão em uma fase aquosa, esta suspensão tendo uma proporção de entre 5 e 15% por peso de matéria sólida relativa ao peso total da suspensão; - iii) fazendo carbonatação da referida dolomita em suspensão por injeção de um gás contendo CO2 na referida suspensão aquecida a uma temperatura de 55 a 90o C em uma taxa de fluxo de CO2 de 2,5 a 15 dm3/min/kg da matéria sólida referida em suspensão, com uma redução passo a passo no pH da suspensão abaixo de menos que 9 e em paralelo e sucessivamente com uma redução na condutividade elétrica da suspensão, seguida por estabilização da mesma e finalmente um aumento na condutividade elétrica estabilizada, carbonatação sendo parada tão logo este aumento na condutividade elétrica seja observado. iv)obtendo uma fase sólida misturada de carbonatos de cálcio e magnésio sintéticos formados de uma porção cálcica cristalizada e uma porção de magnésio cristalizada na forma tipo-placa, os cristais da porção cálcica e aqueles da porção de magnésio sendo agregado na forma de agregados de compósito, esses agregados sendo eles mesmos pelo menos parcialmente aglomerados na forma de aglomerados, a referida porção cálcica compreendendo pelo menos um carbonato selecionado a partir do grupo consistindo de calcita, aragonita e as misturas das mesmas, a referida porção de magnésio compreendendo hidromagnesita na forma tipo-placa, a fase sólida misturada referida de carbonatos da referida composição mineral tendo uma densidade volumétrica igual a ou inferior que 250 kg/m3 e igual a ou maior que 80 kg/m3 medido de acordo com EN 459.2 padrão.

[041]No significado da presente invenção pela estabilização da condutividade elétrica é significado um período de mais que 15 minutos durante os quais a condutividade elétrica medida na suspensão não varia por mais que 0,5 mS/cm ascendente ou abaixo, preferivelmente um período de mais que 15 minutos durante os quais a variação na condutividade é menos que 0,3 mS/cm ascendente ou abaixo, e vantajosamente um período de 30 minutos durante os quais a variação na condutividade elétrica é menos que 0,3 S/cm ascendente ou abaixo. Dependendo nas condições de operação, esta fase de estabilização pode ser de maior ou menor comprimento. Em algumas variantes do método pode durar 60 minutos ou ainda mais.

[042]De acordo com uma modalidade particular da invenção a dolomita bruta, antes da calcinação, é contida em um produto mineral dolomítico em associação com uma ou mais substâncias cálcicas, uma ou mais substâncias magnésio ou uma mistura dessas substâncias, formando uma proporção molar Ca/Mg de entre 0,8 e 1,2 no produto mineral dolomítico, e a matéria sólida da suspensão obtida após as etapas de calcinação, hidratação e a matéria sólida da suspensão obtida após as etapas de calcinação, hidratação e colocar em suspensão, em adição de partículas de dolomita pelo menos parcialmente hidratadas, também contém partículas relacionadas as mesmas derivadas a partir de substâncias associadas no produto mineral dolomítico.

[043]Vários produtos dolomíticos podem ser encontrados na natureza e podem em particular, em adição a dolomita bruta, conter, por exemplo, carbonato de cálcio, brucita ..., é também para ser notado que dolomita bruta natural que é geralmente dada pela fórmula Ca.Mg(CO3)2 pode ter uma variação das respectivas quantidades de Ca e Mg.

[044]Então no significado da presente invenção, pela dolomita bruta não é somente significado dolomita de fórmula Ca.Mg(CO3)2 mas também um carbonato de cálcio e magnésio misturado da origem natural tendo a fórmula geral aCaCO3.bMgCO3, a e b sendo coeficientes molares tal que a/b=0,8 a 1,2.

[045]Assim a referida dolomita pelo menos parcialmente hidratada tem a fórmula geral aCa(OH)2.xMg(OH)2.yMgO em que a, x e y são coeficientes molares em particular com 0,8 < a/(x+y) < 1,2 onde x+y = b. É vantajosamente uma dolomita semi-hidratada em que a proporção do peso de MgO residual é 1% por peso ou mais, vantajosamente maior que 10% e preferivelmente que 20% e que é obtida por calcinação convencional e hidratação de dolomita bruta. O uso da dolomita semi- hidratada referida permite uma composição mineral a ser produzida em que a fase sólida misturada compreende hidromagnesita e calcita e/ou aragonita, os teores de brucita, periclase e portlandita sendo baixos (cada sendo menos que 10%, vantajosamente menos que 5% e preferivelmente menos que 2% por peso da fase sólida misturada).

[046]Em uma variante da presente invenção, a referida dolomita pelo menos parcialmente hidratada é assim chamada dolomita completamente hidratada em que a proporção de peso do MgO residual é menos que 1% por peso e é obtida por calcinação e hidratação de dolomita bruta sobre pressão. O uso da referida dolomita hidratada permite que uma composição mineral seja produzida cuja fase sólida misturada compreende hidromagnesita e calcita e/ou aragonita mas também uma quantidade não desprezível de brucita (até 40% por peso da fase sólida misturada em alguns casos), os teores de periclase e portlandita restantes baixos entretanto (cada sendo menos que 5%, preferivelmente menos que 2% por peso da fase sólida misturada).

[047]Em outra variante do método de invenção, para aumentar a proporção de magnésio no compósito final, uma quantidade pré-determinada de Mg(OH)2 é adicionada, antes carbonatação, para pelo menos dolomita parcialmente hidratada que pode ou não estar em suspensão, de forma a obter uma fase sólida misturada tendo uma proporção molar Ca/Mg de entre 0,4 e 1,2. Pode também similarmente ser previsto adicionar uma quantidade de MgO de entre 1 e 5% por peso relativo ao peso da dolomita completamente hidratada a fim de reforçar em particular a morfologia esférica dos agregados.

[048]É para ser notado que o início da dolomita pelo menos parcialmente hidratada pode conter uma certa fração de CaCO3, uma indicação de calcinação incompleta, e de CaO devido a extinção incompleta (hidração) bem como impurezas.

[049]Pelo menos hidratação parcial de dolomita pode ser feita via processo de secagem pela adição a uma unidade de massa de dolomita calcinada uma quantidade de fase aquosa (geralmente água, opcionalmente leite de cal e/ou de dolomita, ou água com aditivos) em uma quantidade de entre 0,2 e 1,0 unidade de massa, preferivelmente 0,4 a 0,8 unidade de massa. Neste caso, o produto de hidratação obtido [na etapa i)] é um pó tendo menos que 30% de umidade relativa.

[050]Esta hidratação pelo menos parcial pode também ser feita via processo de umidificação pela adição a uma unidade de massa de dolomita calcinada de uma quantidade de fase aquosa, água em particular, tendo uma unidade de massa de entre 1,1 e 6 e preferivelmente entre 2 e 5, mais particularmente 4 unidades de massa. Com este processo de hidratação úmida, uma variante do método da invenção usa uma etapa única para hidratar a dolomita calcinada, tendo, por exemplo, uma proporção molar Ca/Mg de entre 0,8 e 1,2 por calcinação de dolomita bruta, e para colocar a referida dolomita pelo menos parcialmente hidratada na referida suspensão em uma fase aquosa por afrouxamente da referida dolomita calcinada com suficiente excesso de água para obter a referida suspensão diretamente.

[051]Vantajosamente, quando colocando a dolomita pelo menos parcialmente hidratada em suspensão é possível prover uma proporção de 7 a 10% por peso de matéria sólida relativa do peso total da suspensão.

[052]Em uma variante do método da invenção, etapa i) ou a referida calcinação da dolomita bruta na etapa i), ou etapa i) e etapa ii) são feitos previamente e independentemente das seguintes etapas, em particular etapas iii) e iv).

[053]Após colocar na suspensão correspondente à etapa ii), o método pode ainda compreender a peneiração, em particular a um tamanho de partícula de 250 μm ou menos, ou triturando em particular a um tamanho de partícula de 90 μm ou menos, da referida dolomita pelo menos parcialmente hidratada em suspensão em uma fase aquosa, ao qual são opcionalmente adicionados MgO e/ou Mg(OH)2 antes da carbonatação. Diluição da suspensão pode também ser realizada.

[054]A composição da invenção pode ainda compreender aditivos para facilitar a preparação, filtração, armazenamento e/ou trituração (de-aglomeração) da referida composição, em particular melhorar a estabilidade das suspensões da invenção.

[055]Carbonatação da dolomita em suspensão é vantajosamente conduzida em uma temperatura entre 60 e 80o C, preferivelmente a 70o C ou inferior, em particular a 65o C ou inferior.

[056]Durante esta etapa, provisão é preferivelmente feita para o CO2 ser injetado puro em 100% por volume ou diluído em um veículo gás, ar em particular, em uma concentração de volume de CO2 no gás veículo de 15 a 50%, em particular 15 a 25%. A taxa de injeção total (opcional gás veículo e CO2) pode vantajosamente estar na ordem de 15 a 55 dm3/min/kg de matéria sólida em suspensão. A taxa de fluxo de CO2 (excluindo gás veículo) está vantajosamente entre 2,5 e 9,5 dm3/min/kg de matéria sólida em suspensão.

[057]O aumento na condutividade elétrica na suspensão carbonatada, após o período de estabilização, indica a formação do bicarbonato de magnésio solúvel MgHCO3 e o início da dissolução indesejada da hidromagnesita. Carbonatação é então interrompida. Em geral o pH é observado ser 8.5 ou inferior.

[058]Durante a colocação na suspensão e carbonatação, a suspensão da dolomita pode vantajosamente ser mantida em agitação, por exemplo, em uma taxa de 350 a 650 rpm.

[059]De acordo com uma modalidade da invenção, o método ainda compreende uma etapa de separação sólido-líquido entre a referida fase sólida misturada carbonatada e a referida fase aquosa.

[060]Esta fase sólida misturada separada pode então ser seca. Vantajosamente a fase sólida misturada pode ser triturada ou de-aglomerada para obter partículas de tamanho de 2 mm ou menos, preferivelmente de 1 mm ou menos, mais preferivelmente de 200 μm ou menos e ainda preferivelmente de 80 μm ou menos. A operação de secagem pode ser feita simultaneamente com de-aglomeração ou trituração.

[061]De acordo com uma modalidade da invenção, o método ainda compreende extração de uma quantidade pré-determinada de suspensão após carbonatação, alimentação de uma suspensão nova de dolomita semi-hidratada não carbonatada e subsequente carbonatação.

[062]A presente invenção também se relaciona ao uso de uma composição mineral de acordo com a invenção ou tal como obtido usando o método da invenção nos materiais em construção.

[063]Em particular esta composição pode ser considerada como um constituinte de materiais de isolamento térmico, em particular de painéis de isolamento térmico.

[064]Outros detalhes e aspectos particulares da invenção se tornarão aparentes a partir da dada descrição abaixo de exemplos não limitantes, em que as percentagens dadas são percentagens por peso quando não especificado.

[065]As Figuras em anexo ilustram a estrutura cristalina das composições obtidas nos Exemplos. As Figuras têm o mesmo número como os exemplos com duas magnificações diferentes 2000x (Figuras A) e 10000x (Figuras B) sobre microscopia de varredura eletrônico (SEM).

[066]Nos exemplos de densidade volumétrica é medido de acordo com EN 459.2 padrão. Quando medindo a condutividade térmica, que é dependente da extensão de compactação da amostra, um segundo valor de densidade não normalizada é dado que é essencial para indicar a ordem para determinar as condições de medida de condutividade térmica.

[067]Condutividade térmica é medida em uma massa material seguindo os ensinamentos de padrões ISO 8301 e NF EN 12664. Mais especificamente condutividade térmica tal como mencionada na presente invenção é medida na fase sólida misturada da composição mineral da presente invenção, isto é, em um pó previamente seca a 105o C e tendo um teor de umidade de menos que 4% por peso. Se a composição da invenção está na forma de uma suspensão ou pasta, o referido pó é obtido a partir desta composição seguindo as etapas descritas acima na presente invenção ou descritas nos exemplos.

[068]Medida é feita em um fluxímetro (Netzsch Heat Flow Meter HFM 463/3/1B Lambda Series) em uma massa em pó colocada em um molde de tamanho mais largo que o tamanho do fluxímetro. A preparação da cama em pó no molde é tal que a superfície da cama em pó é tão plana quanto possível, e a densidade da cama em pó em que a condutividade térmica será medida é igual a densidade volumétrica previamente medida em cada pó de acordo com método descrito no EN 459.2 padrão para dentro de 20% se possível para dentro de 15%. Uma medida única é tomada com uma diferença de temperatura de 20o C entre os dois lados da amostra (isto é, 10o C para um lado e 30o C para o outro).

[069]A área de superfície específica é medida usando o método BET por adsorção de nitrogênio manométrico após desgasificação da amostra a 190o C, e o volume de poro <100 μm é medido por intrusão de mercúrio. Exemplo 1: Carbonatação de dolomita semi-hidratada (4% Mg(OH)2, 28 % MgO) a 70°C. A/ material bruto

[070]A dolomita semi-hidratada usada neste exemplo foi preparada industrialmente a partir de dolomita natural por calcinação seguida por extinção em um hidratador industrial convencional com baixo excesso de água (hidratação através de processo seco). De acordo com análise termogravimétrica suplementada por análise química usando espectrometria de fluorescência X, esta dolomita semi- hidratada continha 45 % ± 0,5 % Ca(OH)2, 4 % ± 0,5 % Mg(OH)2 e 28 % ± 0,5 % MgO. Também continha 15 % ± 0,5 % de CaCO3 residual, calcinação da dolomita sendo incompleta, 5 % ± 0,5 % de CaO residual, hidratação da dolomita sendo incompleta, e impurezas particularmente expressas na forma de SiO2, Al2O3, Fe2O3... A proporção molar Ca/Mg desta dolomita foi 1.1. B/ Preparação do leite

[071]Leite de dolomita (suspensão aquosa de partículas de dolomita semi- hidratada) foi preparado por mistura de 10 dm3 de água desmineralizada a 20°C com 1100 g ± 15 g de dolomita semi-hidratada (isto é, um teor de matéria seca de cerca de 10%). Este leite foi deixado sobre agitação por 10 minutos antes de 250 μm serem peneirados. O leite passando através da peneira foi adicionado a um reator de 12 dm3 de capacidade equipado com um revestimento duplo e provido com uma condutividade elétrica padrão e um padrão de temperatura. Partículas retidas por peneiração (>250 μm) foram consideradas como descarte de reação. O leite foi mantido em agitação e a temperatura trazida para 70 °C ± 2 °C. C/ Carbonatação

[072]Quando o leite alcançou a temperatura de 70 °C ± 2 °C, a injeção de CO2 na forma de um gás composto de 15% por volume de CO2 e 85% por volume de ar foi iniciado. O veículo CO2 foi injetado através de um bico no fundo do reator. As taxas de fluxo de gás na suspensão foram 3,4 dm3/min para CO2 e 19,6 dm3/min por ar por kg de dolomita semi-hidratada de partida. Através da inteira carbonatação a condutividade elétrica do leite e seu pH foram gravados. O pH do leite antes da carbonatação foi 12.3. Durante carbonatação a conversão dos hidróxidos aos carbonatos foi acompanhada a) por uma etapa de redução no pH e b) por uma redução, por uma fase estabilizada e finalmente por um aumento na condutividade elétrica. A reação foi interrompida quando a condutividade elétrica de partida aumentou, este aumento ocorrendo simultaneamente com uma queda no pH para abaixo de 9 e este caseto 8.6. A condutividade elétrica no início da carbonatação foi 9.9 mS/cm, durante a fase estabilizada ela foi 1,0-1,3 mS/cm e a reação foi interrompida quando a condutividade elétrica alcançou 2,8 mS/cm.

[073]Este aumento na condutividade elétrica em cerca de um pH de 8.6 (pH entre 7.5 e 9) indica formação de bicarbonato de magnésio solúvel e o início de dissolução indesejada da hidromagnesita. D/ Tratamentos pós-síntese

[074]Após carbonatação, a suspensão foi filtrada através do aparato Büchner, colocada em uma estufa de secagem a 105°C por uma noite e o sólido seco foi triturado para obter um pó de tamanho de partícula de menos que 2 mm e teor de umidade de menos que 3%.

[075]De acordo com análise termogravimétrica e análise de difração de raio X, o produto obtido continha 54 ± 2 % CaCO3 quase que exclusivamente na forma de calcita (somente traços de aragonita), 41 ± 2 % hidromagnesita e nenhuma outra fase de tipo brucita, periclase, Mg3O2(OH)2 ou portlandita em proporção significante. Sua densidade volumétrica medida de acordo com EN 459.2 padrão foi 148 kg/m3. Sua área de superfície específica foi 26,3 m2/g (método BET baseado em adsorção de nitrogênio manométrico) e o volume do poro <100 μm medido por intrusão de mercúrio foi 3,8 cm3/g. Condutividade térmica foi 37 mW/K/m para uma densidade no tempo de medida de 163 kg/m3. Ver figuras 1A e 1B. Exemplo 2: Carbonatação de dolomita semi-hidratada (15% Mg(OH)2, 21 % MgO) a 70°C.

[076]Este exemplo é comparável com Exemplo 1. As únicas diferenças foram: - o material bruto foi substituído por outra dolomita semi-hidratada de diferentes composições e origens; - o reator usado para carbonatação foi um reator de volume 3 dm3 ao invés de reator com 12 dm3 descrito no Exemplo 1, que implicou adaptação de pesos de reagentes e taxas de fluxo de CO2.

[077]Todos os outros parâmetros e todos as outras etapas do método foram similares àqueles descritos no Exemplo 1. A/ Material bruto

[078]A dolomita semi-hidratada usada para este exemplo foi novamente preparada industrialmente a partir de dolomita natural por calcinação seguida por relaxamento em um hidratador industrial convencional com baixo excesso de água (hidratação através de processo seco). Esta dolomita semi-hidratada continha 41% ± 0,5 % Ca(OH)2, 15% ± 0,5% Mg(OH)2 e 21% ± 0,5% MgO. Ela também continha 19 % ± 0,5% residual CaCO3, calcinação da dolomita sendo incompleta, 2% ± 0,5% CaO residual, hidratação da dolomita sendo incompleta, e impurezas (SiO2, Al2O3, FeO3.... A proporção molar Ca/Mg desta dolomita foi 1.0 B/ Preparação do leite

[079]Este tempo o leite foi preparado por mistura de 2 dm3 de água desmineralizada a 20 °C com 270 g ± 5 g se dolomita semi-hidratada (isto é, um teor de matéria seca de cerca de 12%). Foi então deixado sobre agitação e peneirada como descrito no Exemplo 1. Após a etapa de peneiração o leite que passou através da peneira foi adicionado a um reator de capacidade de 3 dm3, também equipado com um revestimento duplo, provido com um sistema de agitação, sistema de aquecimento, padrão pH, condutividade elétrica padrão e temperatura padrão. Como no Exemplo 1, o leite foi mantido sobre agitação e a temperatura trazida para 70 °C ± 2 °C. C/ Carbonatação

[080]Como no Exemplo 1, carbonatação foi conduzida a 70 °C ± 2 °C. Este tempo as taxas de fluxo de gás na suspensão foram 0,86 dm3/min para CO2 e 4,90 dm3/min para ar. Antes da carbonatação o pH do leite foi 11.4. Durante carbonatação a conversão dos hidróxidos para carbonatos foi acompanhada a) por uma redução passo a passo no pH e b) por uma redução, por uma fase estabilizada e finalmente por um aumento na condutividade elétrica. A reação foi interrompida quando condutividade iniciou a reaumentar após uma queda simultânea no pH para 8.2. A condutividade elétrica no início da carbonatação foi 8.2 mS/cm, durante a fase estabilizada foi na ordem de 1,0 mS/cm e reação foi interrompida em uma condutividade elétrica de 1,8 mS/cm.

[081]O aumento na condutividade elétrica em um pH de cerca de 8.6 (ou menos) indica a formação de bicarbonato de magnésio solúvel e o início da dissolução não desejada da hidromagnesita. D/ Tratamentos pós-síntese

[082]Após a etapa de carbonatação a suspensão foi filtrada e o produto seco nas mesmas condições como as descritas no Exemplo 1 acima, para obter um pó seco (umidade menor que 3%) e um tamanho de partícula de menos que 2 mm.

[083]De acordo com a análise quantitativa pela difração de raio X confirmada pelos resultados de análise termogravimétricas, o produto obtido continha 56 ± 1 % CaCO3 dos quais 41 % ± 1 % na forma de calcita e 15 % ± 1% na forma de aragonita, 42 % ± 1 % de hidromagnesita, 0,5 ± 0,5 % de brucita e 1,1 % ± 0,5 % de portlandita. Sua densidade volumétrica foi na ordem de 188 kg/m3. Sua área de superfície específica foi 27.3 m2/g e volume de poro <100 μm foi 1,2 cm3/g. Condutividade térmica foi 38 mW/K/m para uma densidade no tempo de medida de 188 kg/m3. Ver Figuras 2A e 2B. Exemplo 3: Carbonatação de dolomita semi-hidratada (31 % Mg (OH)2 e 8 % MgO) a 70 °C.

[084]Exemplo 3 é similar ao Exemplo 2, somente o material bruto usado para carbonatação foi diferente, a dolomita semi-hidratada no Exemplo 2 sendo substituída por outra dolomita semi-hidratada tendo propriedades diferentes.

[085]Neste exemplo a dolomita semi-hidratada foi não mais uma amostra industrial. Este tempo foi preparado no laboratório por hidratação rápida da dolomita (obtida por calcinação industrial de dolomita bruta) através do processo úmido com grande excesso de água: 1 unidade de massa de dolomita rápida por 5 unidades de massa de água desmineralizada a 70°C foram misturadas por 10 minutos, e levam a formação de um leite de dolomita. As partículas sólidas contidas neste leite foram partículas de dolomita semi-hidratada contendo 55 % ± 0,5 % Ca (OH)2, 31% ± 0,5 % Mg (OH)2 e 8 % ± 0,5 % MgO. Eles também continham 3 % ± 0,5 % de CaCO3 residual, a calcinação da dolomita sendo incompleta, e impurezas (SiO2, Al2O3, Fe2O3...). A proporção molar Ca/Mg desta dolomita foi 1.1.

[086]O leite obtido após o tempo de hidratação de 10 minutos foi selecionado através de uma peneira de 250 μm. O leite passando através da peneira foi colocado em um reator de 3 dm3 de capacidade descrito no Exemplo 2. Ele foi diluído com água desmineralizada a 20° C para obter um leite com teor de matéria seca na ordem de 12%. O restante da reação foi conduzido como descrito no Exemplo 2. Carbonatação foi feita a 70 °C ± 2 °C.

[087]O pH do leite antes da carbonatação foi 12.0. Através da carbonatação a conversão dos hidróxidos aos carbonatos foi acompanhada a) por uma redução em etapas no pH e b) por uma redução, por uma fase estabilizada e finalmente por um aumento na condutividade elétrica. A reação foi interrompida quando a condutividade elétrica iniciada aumenta simultaneamente com uma queda no pH para 8.6. A condutividade elétrica no início da carbonatação foi 7,0 mS/cm, durante a fase estabilizada foi na ordem de 0,5 mS/cm e a reação foi interrompida quando condutividade elétrica alcançou 1,4 mS/cm.

[088]De acordo com a análise quantitativa por difração de raio X confirmada por resultados da análise termogravimétrica, o produto obtido após as etapas de filtração, secagem e trituração tal como descrito no Exemplo 1 foi na forma de um pó seco contendo 53 ± 2 % CaCO3, quase que exclusivamente na forma de calcita (somente traços de aragonita), 45 ± 2 % de hidromagnesita, 2,0 ± 1 % de portlandita. Sua densidade volumétrica foi 181 kg/m3. Sua área de superfície específica foi 28,9 m2/g e o volume do poro < 100 μm foi 2,5 cm3/g. Condutividade térmica foi 39 mW/K/m para uma densidade no tempo de medida de 187 kg/m3. Ver Figuras 3A e 3B. Exemplo 4: Carbonatação de dolomita completamente hidratada (39% Mg(OH)2 e menor que 1% de MgO) a 70 °C.

[089]Exemplo 4 é similar ao Exemplo 2, somente o material bruto usado para carbonatação foi diferente, a dolomita semi-hidratada sendo substituída por dolomita completamente hidratada.

[090]Dolomita completamente hidratada é um produto industrial obtido por calcinação da dolomita bruta seguida por hidratação sobre pressão. A dolomita completamente hidratada usada neste exemplo continha 54% ± 0,5% Ca(OH)2, 39% ± 0,5% Mg(OH)2 e menos que 1% ± 0.5% de MgO residual. É também contido 5% ± 0.5 % de CaCO3 residual e menos que 1% de impureza (SiO2, AI2O3, Fe2θ3...). A proporção molar Ca/Mg desta dolomita foi 1.1.

[091]O pH do leite preparado de acordo com as indicações dadas no Exemplo 2 foi 12.2 antes da carbonatação. Carbonatação foi conduzida a 70° C. Através da carbonatação a conversão dos hidróxidos a carbonatos foi acompanhada a) por uma redução em etapas no pH e b) por uma redução, por uma fase estabilizada e finalmente por um aumento na condutividade elétrica. A reação foi interrompida quando a condutividade elétrica iniciada aumentou simultaneamente com uma queda no pH para 8.8. Condutividade elétrica no início da carbonatação foi 9.6 mS/cm, durante a fase estabilizada ela foi na ordem de 1,4 mS/cm e a reação foi interrompida quando a condutividade elétrica alcançou 2,0 mS/cm.

[092]De acordo com a análise quantitativa por difração de raio X confirmada pelos resultados da análise termogravimétrica o produto obtido após as etapas de filtração, secagem e trituração tal como descrito no Exemplo 1, foi na forma de um pó seco contendo 54 ± 1 % de CaCO3 quase exclusivamente na forma de calcita (somente traços de aragonita), 40 ± 1 % de hidromagnesita, 5 ± 1 % de brucita e 1,0 ± 0,5 % de portlandita. Na densidade volumétrica foi 161 kg/m3. Sua área de superfície específica foi 27,3 m2/g e o volume de poro < 100 μm foi 3,7 cm3/g. Condutividade térmica foi 36 mW/K/m para uma densidade no tempo de medida de 151 kg/m3. Ver Figuras 4A e 4B. Exemplo 5: Carbonatação de dolomita completamente hidratada (39% Mg(OH)2 e menos que 1% de MgO) com adição de MgO a 70° C.

[093]Exemplo 5 é similar ao Exemplo 4, o material bruto e o método sendo idêntico àquele descrito no Exemplo 4. A única diferença comparada com Exemplo 4 é que este tempo uma pequena quantidade de MgO foi adicionada ao leite de dolomita completamente hidratada antes da injeção de CO2. A proporção de MgO correspondeu a 3% do peso da dolomita hidratada. O MgO foi obtido por calcinação de um pó comercial Mg(OH)2 por 2 h a 400°C.

[094]De acordo com a análise quantitativa pela difração de raio X confirmada pelos resultados da análise termogravimétrica, o produto obtido após as etapas de filtração, secagem e trituração tal como descrito no Exemplo 1, foi na forma de pó seco contendo 54 ± 2 % de CaCO3, quase exclusivamente na forma de calcita (somente traços de aragonita), 46 ± 2 % de hidromagnesita e nenhuma outra fase na proporção significante. Na área de superfície específica foi 25,4 m2/g e o volume do poro < 100 μm foi 2,6 cm3/g. A condutividade térmica foi 36 mW/K/m para uma densidade no tempo de medida de 156 kg/m3. Ver Figuras 5A e 5B. Exemplo 6: Carbonatação de dolomita semi-hidratada (15 % Mg(OH)2, 21 % MgO) em temperatura inferior (60 °C). A/ Material bruto

[095]A dolomita semi-hidratada usada neste exemplo foi a mesma como usada no Exemplo 2 (proporção molar Ca/Mg=1,0). B/ Preparação do leite

[096]Leite de dolomita foi preparado por mistura de 10,2 dm3 de água desmineralizada a 20 °C com 770 g ± 5 g de dolomita semi-hidratada (isto é, um teor de matéria seca de 7%). Este leite foi deixado sobre agitação por cerca de dez minutos, então triturado e de-aglomerado usando um agitador de tipo Ultra Turrax (marca registrada IKA) por 30 segundos para reduzir o tamanho dos aglomerados na suspensão abaixo 90 μm. O leite então preparado foi adicionado a um reator de capacidade de 12 dm3 descrito no Exemplo 1. O leite foi mantido sobre agitação e a temperatura trazida para 60 °C ± 2 °C. C/ Carbonatação

[097]Quando o leite alcançou a temperatura de 60 °C ± 2 °C, a injeção de CO2 foi iniciada na forma de um gás composto de 20% por volume de CO2 e 80% por volume de ar. O veículo de gás CO2 foi injetado através de um bico no fundo do reator. As taxas de fluxo de gás na suspensão corresponderam a 3,0 dm3/min para CO2 e 12,0 dm3/min por ar por kg da dolomita semi-hidratada de partida. O pH do leite antes da carbonatação foi 12.1. Durante a carbonatação a conversão dos hidróxidos para carbonatos foi acompanhada a) por uma redução em etapas no pH e b) por uma redução, por uma fase estabilizada e finalmente por um aumento na condutividade elétrica. A reação foi interrompida quando a condutividade elétrica começou a aumentar simultaneamente com uma queda no pH para 8.5. A condutividade elétrica no início da carbonatação foi 10,1 mS/cm, durante a fase estabilizada foi a ordem de 3,9 mS/cm e a reação foi interrompida em uma condutividade elétrica de 4,5 mS/cm. D/ Tratamentos pós-síntese

[098]Os tratamentos pós-síntese conduzidos para esta amostra foram similares àqueles feitos nos Exemplo 1 a 5 e permitidos um pó seco ser obtido.

[099]De acordo com análise quantitativa por difração de raio X o produto então obtido continha 58 ± 1 % CaCO3, dos quais 43 ± 1% na forma de calcita e 16 ± 1 % na forma de aragonita, 38 ± 1 % hidromagnesita, 2 ± 1 % brucita, 1 ± 0,5 % portlandita e 0,5 ± 0,5 % Mg3O2(OH)2. Sua densidade volumétrica foi 146 kg/m3. Sua área de superfície específica foi 25,0 m2/g. Condutividade térmica foi 39 mW/K/m para uma densidade no tempo de medida de 189 kg/m3. Ver Figuras 6A e 6B. Exemplo 7: Carbonatação de dolomita semi-hidratada (15 % Mg(OH)2), 21 % MgO) com a adição de Mg(OH)2 a 75° C ± 2° C.

[0100]Este exemplo é completamente similar ao Exemplo 6 com a exceção desta vez que as 770 g de dolomita semi-hidratada usadas para preparar o leite de dolomita foram substituídas por uma mistura de 534 g desta mesma dolomita semi- hidratada e 236 g de Mg(OH)2 comercial em uma suspensão aquosa 50%, para obter teor sólido total como no Exemplo 6. Isto leva a uma proporção molar Ca/Mg de 0,5 na fase sólida da suspensão.

[0101]Também, contrário ao Exemplo 6, a reação de carbonatação aqui foi feita a 75 °C ± 2 °C. O pH da suspensão antes da carbonatação foi 11.8.

[0102]Como no Exemplo 6, o reator de 12 dm3 foi usado. Quando a suspensão alcançou uma temperatura de 75 °C ± 2°C, a injeção de um gás contendo 20% por volume de CO2 e o restante sendo ar foi iniciada. As taxas de fluxo de gás na suspensão foram 2,6 dm3/min para CO2 e 10,4 dm3/min para ar por quilograma de matéria sólida na suspensão (dolomita e Mg(OH)2).

[0103]Durante a carbonatação, a conversão dos hidróxidos para carbonatos foi acompanhada a) por uma redução em etapas no pH e b) por uma redução, por uma fase de estabilização e finalmente por um aumento na condutividade elétrica. No início da carbonatação, a condutividade elétrica foi 10,0 mS/cm, durante a fase de estabilização foi na ordem de 2,3 mS/cm e a reação foi interrompida em uma condutividade de 2,9 mS/cm.

[0104]De acordo com a análise quantitativa por difração de raio X, o produto obtido após as etapas de filtração, secagem e trituração tal como descrito no Exemplo 1, foi na forma de um pó seco contendo 39 ± 1 % CaCO3 do qual 35 ± 1 % na forma de calcita e 4 ± 1 % na forma de aragonita, 26 ± 2% hidromagnesita, 33 ± 2 % brucita, 1 ± 0,5 % portlandita e 1,0 ± 0,5 % periclase. Ele tem uma densidade volumétrica de 132 kg/m3. Sua área de superfície específica foi 18 m3/g. Condutividade térmica foi 37 mW/K/m para uma densidade no tempo de medida de 154 kg/m3.

[0105]Ver Figuras 7A e 7B. Exemplo 8: Carbonatação em 70° C ± 2° C de um produto dolomítico calcinado.

[0106]Este exemplo é comparável com Exemplo 3. Somente o material bruto difere e uns poucos detalhes de método.

[0107]Neste exemplo, um produto naturalmente composto de dolomita (CaCO3.MgCO3), limestona (CaCO3) e brucita (Mg(OH)2), tendo uma proporção molar Ca/Mg de 1,0 foi calcinado em um forno de laboratório a 980 oC para obter um óxido misturado contendo CaO e MgO e pequenas quantidades de CaCO3 residual. Este óxido foi então hidratado através do processo de umidificação em um laboratório com grande excesso de água: 1 unidade de massa de óxido e 7 unidades de massa de água desmineralizada a 20 oC foram misturados por 30 minutos, levando a formulação de leite, as partículas sólidas contidas neste leite sendo similares às partículas de dolomita semi-hidratada.

[0108]Contrário ao Exemplo 3, o leite não foi selecionado. Desde que seu teor de matéria seca foi já na ordem de 12% não foi diluído também. Carbonatação pode ser conduzida diretamente no reator sobre 3 dm3 sobre as condições descritas no Exemplo 3.

[0109]O pH do leite foi 12,6 antes da carbonatação. Carbonatação foi feita em 70 °C ± 2°C. Durante carbonatação a conversão dos hidróxidos a carbonatos foi acompanhada a) por uma redução em etapas no pH e b) por uma redução, por uma fase estabilizada e finalmente por um aumento na condutividade elétrica. A reação foi interrompida quando condutividade elétrica inicial aumentou simultaneamente com uma queda do pH para 8.5. A condutividade elétrica no início da carbonatação foi 8,0 mS/cm, durante a fase estabilizada foi na ordem de 1,2 mS/cm e a reação foi interrompida quando a condutividade elétrica alcançou 2,5 mS/cm.

[0110]O produto obtido após as etapas de filtração, secagem e trituração tal como descrito no Exemplo 1 foi na forma de um pó seco. Sua densidade volumétrica foi 157 kg/m3. Sua área de superfície específica foi 19,6 m2/g e o volume do poso < 100 μm foi 3,5 cm3/g. Condutividade térmica foi 36 mW/K/m para uma densidade no tempo de medida de 168 kg/m3.

[0111]Ver Figuras 8A e 8B. Exemplo 9: Carbonatação a 70° C ± 2° C de dolomita semi-hidratada (15 % Mg(OH)2 e 21 % MgO) na escala piloto.

[0112]Exemplo 9 é similar ao Exemplo 2 mas a reação foi feita em um reator 100 dm3 ao invés do reator 3 dm3 usado no Exemplo 2. Este tempo o leite foi preparado por mistura de 80 dm3 de água desmineralizada a 20 °C com 9,6 kg da dolomita semi-hidratada descrita no Exemplo 2 (isto é, um teor de matéria seca no leite de 10,7%). O restante do método síntese descrito no Exemplo 2 foi não alterado. Somente as taxas do fluxo de CO2 foram adaptadas para obter carbonatação de 9,6 kg de dolomita semi-hidratada dentro de um tempo próximo do tempo para carbonatação do 240 g de dolomita semi-hidratada no reator 3 dm3 no Exemplo 2, isto é, cerca de 3 horas: 55 dm3/min CO2 e 314 dm3/min de ar por kg de dolomita semi-hidratada de partida.

[0113]O produto obtido após as etapas de filtração, secagem e trituração tal como descrito no Exemplo 1 foi na forma de um pó seco. De acordo com a análise quantitativa por difração de raio X confirmada por análise termogravimétrica, este produto continha 57 ± 1 % CaCO3 do qual 52 ± 1 % na forma calcita e 5 ± 1% na forma aragonita, 42 ± 1 % hidromagnesita e 1 ± 0.5 % portlandita. Sua densidade volumétrica foi 188 kg/m3. Sua área específica foi 25.6 m2/g e o volume de poro < 100 μm foi 1,2 cm3/g. Condutividade térmica foi 39 mW/K/m para uma densidade no tempo de medida de 220 kg/m3.

[0114]Ver Figuras 9A e 9B. Exemplo 10: Carbonatação de dolomita semi-hidratada e trituração do carbonato.

[0115]Exemplo 10 é similar ao Exemplo 2 exceto que após a etapa de secagem do produto foi triturado para alcançar o tamanho de partícula não maior de <2 mm mas de < 80 μm.

[0116]A composição mineralógica deste pó foi similar àquela do pó 2 mm obtida no Exemplo 2, como foi na área de superfície específica. Por outro lado, trituração permitiu um aumento do volume de poros < 100 μm de 1,2 a 2,6 cm3/g e a distribuição do tamanho do poro foi distintamente modificado, os poros sendo mais amplos após trituração. A densidade volumétrica do produto foi claramente reduzida em comparação com o pó 2 mm como foi condutividade térmica: densidade volumétrica de 118 kg/m3 e condutividade de 32 mW/K/m para uma densidade de 148 kg/m3 no tempo de medida.

[0117]Ver Figuras 10A e 10B. Exemplo 11

[0118]Para otimização do produto e o método sujeito da presente invenção, um plano experimental foi determinado. Este plano experimental se relaciona a otimizar a etapa de carbonatação de uma suspensão aquosa em um reator de 100 dm3 de capacidade, um reator que já foi sido usado no Exemplo 9. Quatro parâmetros foram examinados: i) proporção de volume de CO2 na fase gasosa (13,9 a 46,1%), ii) taxa de fluxo de CO2 relativa ao peso de dolomita pelo menos parcialmente hidratada para carbonatação (3,8 a 12,9 dm3/min/kg de dolomita), iii) extrato seco do leite de dolomita antes da carbonatação (5,2 a 14,8%) e iv) temperatura de carbonatação (57 a 73o C).

[0119]Para todos os experimentos, uma etapa de hidratação de dolomita rápida de tamanho de partícula de tamanho menos que 3 mm foi inicialmente feita em um reator de 40 dm3 sobre as seguintes condições: temperatura inicial da água de hidratação ajustada a 54o C, proporção de peso água/dolomita 3,2 (isto é, um extrato seco inicial de 23,8%) e velocidade de agitação de 275 rpm. Tempo de hidratação foi 30 a 40 minutos.

[0120]Após a hidratação do leite de dolomita obtida foi selecionado através de peneira 200 μm. O leite passando através de peneira 200 μm foi diluído com água para ajustar o extrato seco do leite da dolomita pelo menos parcialmente hidratada para o valor desejado e para obter um volume total de leite de dolomita de 80 dm3. Esses 80 dm3 de leite diluído foram colocados no reator de carbonatação de 100 dm3. A temperatura do leite foi trazida para a temperatura desejada para carbonatação por circulação de um líquido de temperatura controlada no revestimento duplo do reator de 100 dm3. Esta temperatura foi mantida constante através de sua inteira duração de carbonatação de 2 °C. Quando a temperatura do leite de dolomita foi estabilizada, a injeção foi iniciada da fase gasosa (ar + CO2). Os reguladores da taxa de fluxo do CO2 e ar foram previamente ajustados para obter as condições desejadas de taxa de fluxo de CO2 em relação ao peso de dolomita pelo menos parcialmente hidratada ser carbonatada, e para obter a proporção do volume de CO2 desejado na fase gasosa. Durante a carbonatação o pH da suspensão e sua condutividade elétrica foram gravadas. Uma redução em etapas no pH diminuiu para um valor inferior que 9 com, em paralelo e sucessivamente, uma diminuição na condutividade elétrica, uma fase de estabilização tal como definido acima e finalmente um aumento na condutividade elétrica da suspensão foram observados. Carbonatação foi interrompida quando a condutividade elétrica iniciou ao aumento no final da fase de estabilização.

[0121]No término da reação de carbonatação, a suspensão foi recuperada e o tamanho das partículas na suspensão foi inicialmente medida por medida do tamanho de partícula a laser colocando umas poucas gotas da suspensão em metanol (d10, d50, d90 na Tabela abaixo). Parte da suspensão foi então filtrada através de aparato Büchner, seco em uma estufa a 70 °C por 2 a 3 dias antes de ser finalmente triturada a um tamanho menor que 2 mm (100 % passada através de um tamanho de peneira de 2 mm). Neste produto triturado a densidade volumétrica foi medida seguindo o método descrito em EN 459.2, bem como a condutividade térmica, a área de superfície específica BET e a proporção de hidromagnesita de acordo com os resultados termogravimétricos (rampa de temperatura a partir da temperatura ambiente até 950o C em uma taxa de 5o C/min sobre nitrogênio). Alguns resultados correspondendo a condições de operação extremas deste plano experimental são dados na Tabela abaixo.

[0122]Dois testes de carbonatação adicionais foram feitos sobre condições completamente comparáveis, mas pelo ajuste das condições de carbonatação das condições ótimas determinadas no plano experimental. As condições operacionais e resultados desses dois testes são dados nas duas últimas linhas da Tabela abaixo que as condições determinadas pelo plano experimental são de fato os melhores desde que eles permitiram a síntese dos produtos de densidade volumétrica inferiores e condutividade térmica inferior.

[0123]Em geral, em particular na base dos resultados dados nesta Tabela, uma relação foi observada entre o tamanho das partículas na suspensão medida por medida de tamanho de partícula a laser e condutividade térmica medida no pó produzido a partir da referida suspensão. De forma geral, condutividade térmica tende a ser inferior quanto mais ásperas as partículas em suspensão.

[0124]A invenção não é para ser construída em qualquer maneira como sendo limitada a esses exemplos, e numerosas modificações podem ser feitas na mesma, sem sair do objetivo das reivindicações em anexo.

Claims (22)

1. Composição mineral CARACTERIZADA pelo fato de que contém uma fase sólida misturada de carbonatos de cálcio e magnésio sintéticos, formada por uma porção cálcica cristalizada compreendendo pelo menos um carbonato selecionado do grupo consistindo em calcita e mistura de calcita e aragonita e por uma porção de magnésio cristalizada compreendendo hidromagnesita na forma tipo placa, em que os cristais da porção cálcica e os cristais da porção de magnésio sendo agregados na forma de agregados de compósito, que são formados por um núcleo cálcico no qual placas de hidromagnesita são agregadas, esses agregados de compósito por si mesmos sendo pelo menos parcialmente aglomerados na forma de aglomerados, em que a fase sólida misturada de carbonatos da composição mineral tendo uma condutividade térmica de 25 a 45 mW/K/m e uma densidade volumétrica igual a ou inferior a 250 kg/m3 e igual a ou superior a 80 kg/m3 medida de acordo com o padrão EN 459.2 e uma proporção molar Ca/Mg dentre 0,4 e 1,2.

2. Composição mineral, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a porção de magnésio cristalizada compreende ainda um ou mais compostos de magnésio selecionados do grupo consistindo em periclase, oxi-hidróxido de magnésio e brucita.

3. Composição mineral, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a porção cálcica compreende ainda hidróxido de cálcio, por exemplo, na forma de portlandita.

4. Composição mineral, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA pelo fato de que a fase sólida misturada da referida composição mineral tem uma área de superfície específica, medida por adsorção de nitrogênio manométrica e calculada usando o método BET, de 15 m2/g ou maior.

5. Composição mineral, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende ainda uma fase aquosa, a referida composição mineral sendo na forma de uma suspensão ou pasta.

6. Composição mineral, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida composição mineral está na forma sólida, particularmente na forma de pó, e tem um teor de umidade dentre 0 e 4% em peso de água relativo ao peso total da composição.

7. Composição mineral, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida hidromagnesita é representada pela fórmula Mg5(CO3)4(OH)2.4H2O e o teor da mesma está entre 10 e 60% em peso relativo ao peso da referida fase sólida misturada.

8. Composição mineral, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a porção cálcica está contida em uma quantidade variando de 35 a 75% em peso relativo ao peso total da fase sólida misturada, e em que a porção de magnésio está contida em uma quantidade variando de 25 a 65% em peso relativo ao peso total da fase sólida misturada.

9. Composição mineral, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, 7 e 8, CARACTERIZADA pelo fato de que a fase sólida misturada está contida em uma proporção variando de 5 a 65% em peso relativa ao peso total da composição e em que um meio líquido está contido em uma proporção variando de 35 a 95% em peso relativa ao peso total da composição mineral.

10. Composição mineral, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADA pelo fato de que a densidade volumétrica da fase sólida misturada é igual a ou inferior a 200 kg/m3 ou igual a ou superior a 100 kg/m3.

11. Composição mineral, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADA pelo fato de que a fase sólida misturada é composta por aglomerados triturados a um tamanho de partícula de 2 mm ou menor.

12. Método para fabricação de uma composição mineral baseada em uma fase sólida misturada de carbonatos de cálcio e magnésio sintéticos, como definida na reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: i) preparar dolomita pelo menos parcialmente hidratada por calcinação da dolomita bruta seguido por hidratação pelo menos parcial da dolomita calcinada; ii) colocar a dolomita pelo menos parcialmente hidratada em suspensão em uma fase aquosa, a suspensão tendo uma proporção dentre 5 e 15% em peso da matéria sólida relativa ao peso total da suspensão, iii) carbonatação da dolomita hidratada em suspensão por injeção de um gás contendo CO2 na suspensão aquecida a uma temperatura de 55 a 90 oC, em uma taxa de fluxo de CO2 de 2,5 a 15 dm3/min/kg da matéria sólida em suspensão, com uma redução em etapas no pH da suspensão para um valor abaixo de 9 e em paralelo e sucessivamente uma redução na condutividade elétrica da suspensão, então estabilização da mesma e finalmente um aumento na condutividade elétrica estabilizada, carbonatação sendo interrompida tão logo este aumento na condutividade elétrica seja observado.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a dolomita bruta antes da calcinação está contida em um produto mineral dolomítico em associação com uma ou mais substâncias cálcicas, uma ou mais substâncias de magnésio ou uma mistura dessas substâncias formando uma proporção molar de Ca/Mg dentre 0,8 e 1,2 no produto mineral dolomítico, e em que a matéria sólida da suspensão obtida após as etapas de calcinação, hidratação e colocação em suspensão, em adição às partículas de dolomita pelo menos parcialmente hidratada, contém partículas relacionadas a mesma derivada das substâncias associadas no produto mineral dolomítico.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a calcinação da dolomita bruta é parcial e em que a matéria sólida na suspensão contém uma fração de CaCO3.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda uma etapa de adicionar MgO e/ou Mg(OH)2 à dolomita pelo menos parcialmente hidratada para obter uma fase sólida misturada tendo uma proporção molar de Ca/Mg dentre 0,4 a 1,2.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a hidratação da dolomita calcinada e a colocação em suspensão em uma fase aquosa da dolomita hidratada são feitos em uma etapa única por extinção da dolomita calcinada com água em excesso.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida fase sólida misturada é triturada para obter partículas de tamanho igual a ou menor que 2 mm.

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura de carbonatação está entre 60 e 80 oC.

19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás injetado na referida suspensão contém CO2 em uma concentração de 10 a 100% por volume.

20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 19, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda o peneiramento para um tamanho de partícula de 250 μm ou menor, ou trituração para um tamanho de partícula de 90 μm ou menor da referida matéria sólida da suspensão pretendida para carbonatação.

21. Uso de uma composição, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, ou de uma composição obtida usando o método, como definido em qualquer uma das reivindicações 12 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que é em materiais de construção.

22. Uso de uma composição, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, ou de uma composição obtida usando o método, como definido em qualquer uma das reivindicações 12 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que é como constituinte de materiais de isolamento térmico, em particular, em painéis de isolamento térmico.