BR112016015896B1 - Método de condicionamento de estuque - Google Patents

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Abstract

método de condicionamento de estuque a presente invenção se refere a um método de condicionamento de estuque que compreende as etapas de suprimento de uma quantidade de partículas de estuque em um vaso de reação, em que as partículas de estuque compreendem sulfato de cálcio hemi-hidratado e/ou sulfato de cálcio anidrita, bem como sulfato de cálcio di-hidratado; e de condicionamento das partículas de estuque a uma temperatura de pelo menos 100°c e uma umidade de pelo menos 70%. durante a etapa de condicionamento das partículas de estuque, a densidade aparente das partículas de estuque no vaso de reação é pelo menos 1 g/cm3.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método de condicionamento de um produto de calcinação de gesso e, particularmente, a um método para aumentar o teor de hemi-hidrato do produto de calcinação.
[002] O gesso (sulfato de cálcio di-hidratado) está disponível como uma matéria-prima de ocorrência natural ou como um subproduto sintético de dessulfurização de efluente gasoso. A fabricação de produtos contendo gesso, como chapas de gesso acartonado, compreende tipicamente as seguintes etapas: • submeter sulfato de cálcio di-hidratado (CaSO4.2H2O) a um processo de calcinação a temperaturas maiores que cerca de 150 °C a fim de expelir a água de cristalização quimicamente ligada, e fornecer um produto de calcinação (também conhecido como estuque) que compreende principalmente sulfato de cálcio hemi-hidratado (CaSO4.1/2H2O); • misturar o estuque com água para fornecer uma pasta aquosa e moldar a pasta aquosa em um formato predeterminado; • permitir que o estuque endureça para fornecer um produto sólido. Durante esse estágio, o sulfato de cálcio hemi- hidratado se torna reidratado para fornecer cristais de di- hidrato.
[003] Em geral, o estuque formado através de calcinação compreende outras fases além de sulfato de cálcio hemi-hidratado. Em particular, o estuque pode conter sulfato de cálcio anidrita (CaSO4). Essa forma de sulfato de cálcio não tem moléculas de água quimicamente ligadas e é indesejável devido ao seu efeito adverso sobre o tempo de endurecimento e/ou sobre a demanda de água da pasta aquosa de estuque.
[004] Portanto, é desejável reduzir o nível de sulfato de cálcio anidrita no estuque.
[005] Portanto, em sua forma mais geral, a presente invenção pode fornecer um tratamento de condicionamento para aumentar a proporção de fase de hemi-hidrato em um produto de estuque calcinado. Mais particularmente, o tratamento de condicionamento compreende termotratar um produto calcinado em um ambiente úmido a uma temperatura abaixo da temperatura de calcinação.
[006] Constatou-se que tal tratamento de condicionamento pode ajudar a diminuir a demanda por água do estuque. Adicionalmente, constatou- se que o tratamento pode resultar em uma área superficial específica reduzida do estuque, o que pode ajudar a diminuir o tempo de endurecimento geral da pasta aquosa de estuque, enquanto retém a fluidez da pasta aquosa nos estágios iniciais do processo de hidratação.
[007] Constatou-se adicionalmente que a presença de partículas de di-hidrato no estuque durante o tratamento de condicionamento pode auxiliar na redução dos níveis de partículas de anidrita. Isso é considerado como sendo devido à liberação de moléculas de água quimicamente ligadas das partículas de di-hidrato, em que essas moléculas de água estão, então, disponíveis para promover a transformação de partículas de anidrita em partículas de hemi-hidrato. Considera-se que a presença de partículas de di- hidrato no estuque durante o processo de condicionamento promova uma melhor distribuição de umidade do que outros métodos como a introdução de vapor no estuque.
[008] Em particular, constatou-se que a conversão da fase de anidrita em hemi-hidrato pode ser promovida mediante a manutenção de uma alta densidade aparente de partículas de estuque durante o tratamento de condicionamento. Considera-se que esse alto grau de compactação ajuda a promover a troca de moléculas de água entre partículas.
[009] Portanto, em um primeiro aspecto, a presente invenção pode fornecer um método de condicionamento de estuque que compreende as etapas de: • suprir uma quantidade de partículas de estuque para um vaso de reação, em que as partículas de estuque compreendem sulfato de cálcio hemi-hidratado e/ou sulfato de cálcio anidrita, bem como sulfato de cálcio di-hidratado; e • condicionar as partículas de estuque a uma temperatura de pelo menos 100 °C e uma umidade de pelo menos 70%, em que, durante a etapa de condicionamento das partículas de estuque, a densidade aparente das partículas de estuque no vaso de reação é de pelo menos 1 g/cm3.
[0010] De preferência, a densidade aparente das partículas de estuque no vaso de reação é de pelo menos 1,5 g/cm3, com mais preferência, pelo menos 2 g/cm3.
[0011] A alta densidade aparente das partículas de estuque é alcançada mediante a retenção estática das partículas no vaso de reação. Métodos anteriores de condicionamento de estuque (conforme descrito, por exemplo, nos documentos nos US2012/0060723 e US2011/0150750) exigem que o estuque seja arrastado em um gás de processo, por exemplo, fluidizado. Dessa forma, a densidade aparente do estuque era muito menor do que para a presente invenção, por exemplo, cerca de 0,7 a 0,9 g/cm3.
[0012] Tipicamente, o tempo de condicionamento é de pelo menos 30 minutos, de preferência, pelo menos uma hora.
[0013] Tipicamente, a temperatura de tratamento é de pelo menos 130 °C. Em geral, a pressão no vaso de reação durante a etapa de tratamento das partículas de estuque é menor que 0,2 MPa (2 bar).
[0014] Em geral, as partículas de estuque supridas no vaso de reação compreendem sulfato de cálcio anidrita. Tipicamente, isso está sob a forma de sulfato de cálcio anidrita III, que é uma forma solúvel de sulfato de cálcio anidrita. Sulfato de cálcio anidrita III pode estar presente em uma quantidade de até 70% em peso. No entanto, a quantidade de sulfato de cálcio anidrita III é, de preferência, menor que 15% em peso. Tipicamente, a quantidade de sulfato de cálcio anidrita é maior que 10% em peso.
[0015] Tipicamente, as partículas de estuque supridas no vaso de reação compreendem sulfato de cálcio di-hidratado em uma quantidade maior que 3% em peso, de preferência, maior que 5% em peso. Tipicamente, a quantidade de sulfato de cálcio di-hidratado é menor que 20% em peso, de preferência, menor que 10% em peso.
[0016] As partículas de sulfato de cálcio di-hidratado presentes no estuque podem resultar da calcinação incompleta do material de gesso (por exemplo, através de tempos ou temperaturas de calcinação inferiores). Em um exemplo alternativo do método da invenção, pode ser adicionado sulfato de cálcio di-hidratado separadamente ao estuque calcinado.
[0017] Tipicamente, o estuque é suprido no vaso de reação em uma quantidade para preencher pelo menos 80%, de preferência, 85% do volume interno do vaso. Ou seja, o volume aparente do estuque no vaso de reação (incluindo vãos entre partículas de estuque adjacentes) é pelo menos 80% e, de preferência, pelo menos 85% do volume interno do vaso.
[0018] A invenção será agora descrita a título de exemplo apenas.
EXEMPLOS 1 A 5
[0019] Gesso (sulfato de cálcio di-hidratado) foi calcinado em uma caldeira de calcinação a uma temperatura de 190 °C por cerca de 1 hora. Após a calcinação, foi adicionado gesso adicional (sulfato de cálcio di-hidratado) ao produto de calcinação para fornecer um produto de calcinação rico em gesso. Essa mistura foi, então, transferida para um vaso de pressão de vapor. O vaso de pressão de vapor foi vedado e colocado em um forno a 130 °C por 4 horas para condicionar o estuque. Após esse tratamento, o estuque condicionado foi imediatamente colocado em um balde metálico e foi permitido o resfriamento.
[0020] A Tabela 1 mostra os teores de anidrita e di-hidrato, a demanda por água e a área superficial específica do produto de calcinação rico em gesso antes e após o condicionamento no vaso de pressão de vapor. Cada exemplo foi preparado a partir de um grau diferente de gesso, em que o valor d50 de cada grau de gesso é indicado na Tabela.
[0021] A área superficial específica foi medida através de BET.
Figure img0001
[0022] Conforme mostrado pela Tabela 1, o tratamento de condicionamento diminui os níveis de anidrita e di-hidrato no estuque e, adicionalmente, diminui a demanda por água e a área superficial específica.
EXEMPLOS 6 E 7, E EXEMPLO COMPARATIVO 1
[0023] Gesso (sulfato de cálcio di-hidratado) foi calcinado em uma caldeira de calcinação a uma temperatura de 190 °C por cerca de 1 hora, para fornecer um produto de calcinação. Após a calcinação, foi adicionado gesso adicional (sulfato de cálcio di-hidratado) ao produto de calcinação em uma quantidade que corresponde a 5% em peso do produto de calcinação, para fornecer um produto de calcinação rico em gesso. Essa mistura foi, então, transferida para um vaso de pressão de vapor. O vaso de pressão de vapor foi vedado e colocado em um forno por 2 horas para condicionar o estuque. Após esse tratamento, o estuque condicionado foi imediatamente colocado em um balde metálico e foi permitido o resfriamento.
[0024] A Tabela 2 mostra os teores de anidrita e de di-hidrato, a demanda por água e a área superficial específica do estuque condicionado como uma função da temperatura de forno. Parâmetros correspondentes para o produto de calcinação direto (ou seja, sem enriquecimento de gesso) também são dados, para referência.
[0025] A área superficial específica foi medida através de BET.
Figure img0002
EXEMPLOS 8 A 10 E EXEMPLO COMPARATIVO 1
[0026] Gesso (sulfato de cálcio di-hidratado) foi calcinado em uma caldeira de calcinação a uma temperatura de 190 °C por cerca de 1 hora, para fornecer um produto de calcinação. Após a calcinação, foi adicionado gesso adicional (sulfato de cálcio di-hidratado) ao produto de calcinação em uma quantidade que corresponde a 8% em peso do produto de calcinação direto, para fornecer um produto de calcinação rico em gesso. Essa mistura foi, então, transferida para um vaso de pressão de vapor. O vaso de pressão de vapor foi vedado e colocado em um forno a 130 °C para condicionar o estuque.
[0027] Após esse tratamento, o estuque condicionado foi imediatamente colocado em um balde metálico e foi permitido o resfriamento.
[0028] A Tabela 3 mostra os teores de anidrita e de di-hidrato, a demanda por água e a área superficial específica do estuque condicionado como uma função de tempo de condicionamento. Parâmetros correspondentes para o produto de calcinação direto (ou seja, sem enriquecimento de gesso) também são dados, para referência.
Figure img0003
EXEMPLOS 11 A 13 E EXEMPLO COMPARATIVO 1
[0029] Gesso (sulfato de cálcio di-hidratado) foi calcinado em uma caldeira de calcinação a uma temperatura de 190 °C por cerca de 1 hora, para fornecer um produto de calcinação. Após a calcinação, foi adicionado gesso adicional (sulfato de cálcio di-hidratado) ao produto de calcinação para fornecer um produto de calcinação rico em gesso. Essa mistura foi, então, transferida para um vaso de pressão de vapor. O vaso de pressão de vapor foi vedado e colocado em um forno a 130 °C por 2 horas para condicionar o estuque. Após esse tratamento, o estuque condicionado foi imediatamente colocado em um balde metálico e foi permitido o resfriamento.
[0030] A Tabela 4 mostra os teores de anidrita e di-hidrato, a demanda por água e a área superficial específica do estuque condicionado como uma função do nível de enriquecimento de gesso. Parâmetros correspondentes para o produto de calcinação direto (ou seja, sem enriquecimento de gesso) também são dados, para referência.
Figure img0004
EXEMPLOS 14 A 16 E EXEMPLO COMPARATIVO 1
[0031] Gesso (sulfato de cálcio di-hidratado) foi calcinado em uma caldeira de calcinação a uma temperatura de 190 °C por cerca de 1 hora, para fornecer um produto de calcinação. Após a calcinação, foi adicionado gesso adicional (sulfato de cálcio di-hidratado) ao produto de calcinação para fornecer um produto de calcinação rico em gesso. Essa mistura foi, então, transferida para um vaso de pressão de vapor. O vaso de pressão de vapor foi vedado e colocado em um forno a 130 °C por 4 horas para condicionar o estuque. Após esse tratamento, o estuque condicionado foi imediatamente colocado em um balde metálico e foi permitido o resfriamento.
[0032] A Tabela 5 mostra os teores de anidrita e de di-hidrato, a demanda por água e a área superficial específica do estuque condicionado como uma função da extensão na qual o vaso de pressão de vapor foi preenchido com o produto de calcinação rico em gesso. Parâmetros correspondentes para o produto de calcinação direto (ou seja, sem enriquecimento de gesso) também são dados, para referência.
Figure img0005
EXEMPLOS 17 E 18, E EXEMPLO COMPARATIVO 1
[0033] Gesso (sulfato de cálcio di-hidratado) foi calcinado em uma caldeira de calcinação a uma temperatura de 190 °C por cerca de 1 hora, para fornecer um produto de calcinação. Após a calcinação, foi adicionado gesso adicional (sulfato de cálcio di-hidratado) ao produto de calcinação para fornecer um produto de calcinação rico em gesso. Essa mistura foi, então, transferida para um vaso de pressão de vapor. O vaso de pressão de vapor foi vedado e colocado em um forno a 130 °C por 1 hora para condicionar o estuque. Após esse tratamento, o estuque condicionado foi imediatamente colocado em um balde metálico e foi permitido o resfriamento.
[0034] A Tabela 6 mostra os teores de anidrita e de di-hidrato, a demanda por água e a área superficial específica do estuque condicionado como uma função da pressão no vaso de vapor.
[0035] Parâmetros correspondentes para o produto de calcinação direto (ou seja, sem enriquecimento de gesso) também são dados, para referência.
Figure img0006

Claims (10)

1. Método de condicionamento de estuque, compreendendo as etapas de: • suprir uma quantidade de partículas de estuque para um vaso de reação, em que as partículas de estuque compreendem sulfato de cálcio hemi-hidratado e/ou sulfato de cálcio anidrita, bem como sulfato de cálcio di-hidratado; e • condicionar as partículas de estuque a uma temperatura de pelo menos 100°C e uma umidade de pelo menos 70%, em que, durante a etapa de condicionamento das partículas de estuque, as partículas de estuque são mantidas estaticamente dentro do vaso de reação, de tal modo que a densidade aparente das partículas de estuque no vaso de reação seja de pelo menos 1 g/cm3; e caracterizado pelo fato de que a liberação de moléculas de água ligadas quimicamente a partir das partículas di-hidratadas auxilia em fornecer a umidade de pelo menos 70%; as referidas partículas de estuque supridas ao vaso de reação compreendem sulfato de cálcio di-hidratado em uma quantidade de 3 a 20% em peso; as referidas partículas de estuque supridas ao vaso de reação compreendem sulfato de cálcio anidrita III em uma quantidade de até 70% em peso; a pressão dentro do vaso de reação durante aquela etapa de condicionamento das partículas de estuque é menor que 0,2 MPa (2 bar); e o tempo de condicionamento daquelas partículas de estuque é de pelo menos 30 minutos.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a densidade aparente das partículas de estuque no vaso de reação é de pelo menos 1,5 g/cm3.
3. Método de acordo a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o tempo de condicionamento das partículas de estuque é de pelo menos uma hora.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a temperatura de condicionamento é de pelo menos 130°C.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as partículas de estuque supridas ao vaso de reação compreendem sulfato de cálcio anidrita III em uma quantidade entre 10 e 15% em peso.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que as partículas de estuque supridas ao vaso de reação compreendem sulfato de cálcio di-hidratado em uma quantidade de 5 a 10% em peso.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o referido método compreende adicionalmente a etapa de calcinar material de gesso em um vaso de calcinação para fornecer as partículas de estuque para suprir ao vaso de reação.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o sulfato de cálcio di-hidratado presente nas partículas de estuque compreende sulfato de cálcio di-hidratado residual que resulta da calcinação incompleta do material de gesso.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o sulfato de cálcio di-hidratado e o sulfato de cálcio hemi-hidratado são fornecidos a partir de fontes separadas.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que as partículas de estuque são supridas ao vaso de reação em uma quantidade tal que o volume aparente das partículas de estuque ocupe pelo menos 80% do volume interno do vaso de reação.
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