BR112017017156B1

BR112017017156B1 - Produtos de nitrato de amônio, método para preparar os mesmos e uso dos mesmos

Info

Publication number: BR112017017156B1
Application number: BR112017017156-2A
Authority: BR
Inventors: Unai Elizundia Eriz; Mateusz Marek Hass
Original assignee: Maxamcorp Holding, S.L.
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2016-02-09
Publication date: 2022-09-06
Also published as: US10774014B2; EP3056479A1; CA2976153A1; BR112017017156A2; HUE052558T2; WO2016128406A1; HRP20201718T1; CA2976153C; PT3256436T; ES2834724T3; RU2017131654A; ZA201706105B; MX2017010312A; RU2017131654A3; CL2017002043A1; RU2714427C2; PL3256436T3; EP3256436B1; PE20171626A1; US20180016201A1

Abstract

A invenção refere-se a um produto de nitrato de amónio (NA) de fluxo livre que compreende uma mistura de partículas de NA e esferas ou grânulos de alumina ativada, um processo para a preparação do mesmo e a utilização das referidas pérolas ou grânulos como aditivo de fluxo livre para partículas de NA.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[01] A presente invenção refere-se a produtos de nitrato de amônio (NA) com melhor comportamento de fluxo e um método para a preparação dos mesmos. Tais produtos são úteis como matérias-primas na indústria de explosivos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[02] O NA é fabricado em muitas formas particuladas: grãos (prills), flocos, pós e grânulos, bem como soluções aquosas saturadas. O material de NA particulado é uma fonte de oxigênio de baixo custo de fácil disponibilidade e é suficientemente estável em escala de temperatura ambiente até ser transportado, armazenado e misturado de forma segura com outros componentes explosivos. Tendo em conta estes atributos, ele é amplamente utilizado na indústria de explosivos como o componente principal (em termos de conteúdo de formulação) para quase todos os explosivos comerciais: nitrato de amônio e óleo combustível (ANFO), emulsões e géis à base de água, usados no mundo atualmente.

[03] Apesar da utilização em larga escala do material de NA particulado, o sal possui uma quantidade de propriedades indesejáveis. A higroscopicidade, a forte dependência de sua solubilidade em relação à temperatura e as variações de volume específicas atribuídas a transições cristalinas, muitas vezes causam problemas nas operações de produção, manuseio e armazenamento.

[04] É bem conhecido que as partículas de NA apresentam uma tendência significativa de formar torta/aglomerar com o tempo de armazenamento. Na ausência de transições na estrutura cristalina, este fenômeno está relacionado à adsorção de água e subsequente dissolução do NA para formar solução saturada de NA, que, no caso de estar localizada nos pontos de contato interpartículas, pode levar a formações de ponte de cristal à medida que cristaliza com a diminuição da temperatura. Um segundo mecanismo envolve a fusão de forças capilares devido à presença da solução nos pontos de contato. Isto é, há uma tendência de ligação interpartículas que, extrapolada para o material de NA a granel, pode levar à formação de torta, cuja extensão, em termos de dureza e quantidade da NA a granel envolvida no processo de formação de torta, depende do tempo de armazenamento, condições de armazenamento (pressão, umidade relativa (UR) e temperatura) e as características do produto.

[05] Além disso, essa tendência de ligação, também conhecida como coesão do material de NA, tem um impacto sobre o seu comportamento de fluxo. Esta fluidez de partículas de NA a granel é uma característica crítica, especialmente se o produto for usado para a produção de explosivos. A maioria das operações de mistura mecânica envolvidas na fabricação de explosivos requer que as partículas de NA a granel escoem livremente, ou seja, o comportamento de fluxo de massa, assim, os desvios/ restrições ao fluxo podem provocar alterações na formulação final do explosivo. Como um exemplo deste problema, quando as partículas de NA são liberadas do funil alimentador para alimentar os misturadores (isto é, mistura com óleo combustível para a produção de ANFO ou mistura com emulsão matriz ou hidrogel explosiva, para “mistura de explosivos ”), o arqueamento e acumulação/coleta ( ratholing) são acontecimentos recorrentes no funil alimentador que resulta na supressão irregular ou mesmo total do fluxo de NA, o que acarreta problemas operacionais importantes, como composições explosivas inadequadas.

[06] Um trabalho abrangente foi realizado até a data com o objetivo de minimizar a coesividade dos produtos de NA particulado, a maior parte focada no revestimento de partículas de NA com diferentes agentes antiaglomerantes sólidos. A Patente U.S. No. 4,001,378 descreve composições antiaglomerantes compreendendo alquenossulfonatos combinados com kieselguhr ou pós inorgânicos, tais como carbonato de magnésio ou argila. Naftaleno sulfonatos aquosos pulverizáveis, que podem ser misturados com sulfonatos de alceno, foram propostos na Patente U.S. No. 4,717,555 como revestimento antiaglomerante. O Pedido de Patente EP-A-6 92468 propõe a utilização de composições pulverizáveis contendo produtos oleosos e ceras em conjunto com compostos obtidos pela reação de uma amina ou um álcool com um anidrido ácido ou carboxílico contendo um grupo hidrocarbonado C20-C500, compostos que são conhecidos e encontram-se disponíveis no mercado.

[07] O estado da arte compreende o uso de revestimentos com agente antiaglomerante natural orgânico que atuam como uma barreira para minimizar a área de contato envolvendo uma interação direta de NA entre partículas adjacentes, onde as ligações interpartículas podem ser geradas devido à capilaridade ou às pontes de cristais após a recristalização.

[08] No entanto, além da formulação antiaglomerante ativa, a distribuição do agente de revestimento entre a superfície das partículas de NA terá um impacto no seu desempenho. O revestimento é normalmente aplicado por meio da pulverização de antiaglomerantes fundidos sobre as partículas de NA e a sua dose é limitada pela regulação a <0,2% por peso de carbono. A configuração do sistema de revestimento, bicos e tambor, é projetada para maximizar a dispersão do agente de revestimento. No entanto, a estrutura de superfície das partículas de NA, se for suficientemente áspera, poderia impedir fisicamente a sua dispersão em toda a sua extensão. Isto é especialmente evidente nas partículas de NA porosas produzidas a partir de soluções de formação de grãos de NA (prilling AN solutions) contendo água (1-10% por peso). A umidade presente no NA granulado/perolizado (prilled) como solução de NA é removida nas etapas de secagem, durante as quais a superfície lisa, conseguida durante a cristalização, é perdida devido à exposição ao ar de resfriamento na torre de formação de grãos em virtude da combinação na superfície de uma parte da solução interna de NA através da rede de poros, e a sua subsequente cristalização na superfície resulta na formação de protuberâncias na superfície.

[09] A maioria das tecnologias de revestimento comercialmente disponíveis preveem propriedades antiaglomerantes, e até mesmo propriedades de proteção contra umidade, ligadas à sua hidrofobicidade. Técnicos no assunto compreendem, no entanto, que todos os revestimentos orgânicos comumente usados não apresentam atividade específica como desumidificadores e tendem a ser precários como barreiras contra vapor de água. Isto, juntamente com uma dispersão de revestimento relativamente deficiente (isto é, normalmente sem cobertura total da superfície das partículas de NA) resulta em áreas de contato direto de NA entre partículas suscetíveis de serem umidificadas e, assim, de formar ligações interpartículas.

[010] A Patente U.S. No. 5,472,530 reivindica a aplicação de soluções aquosas de magnésio ou nitrato de cálcio como agentes antiaglomerantes no estágio de processo antes da etapa de secagem final. Em seguida, as partículas são secas até um teor de água igual ou inferior à quantidade máxima de água de cristais que pode ser ligada pelos referidos sais inorgânicos. Ao contrário de outros aditivos de revestimento, estes sais parcialmente hidratados funcionam como desumidificadores. No entanto, verificou-se que, para os produtos de NA porosos, esta solução não é adequada devido ao fato de que induziria mudanças estruturais, tais como bloqueio de poros, que afetam as suas características finais como matéria-prima para a fabricação de explosivos.

[011] De forma semelhante, mas com o objetivo de estabilizar as partículas de NA contra ciclos térmicos, a Patente U.S. No. 4,486,396 reivindica o revestimento com pós porosos, de preferência, dióxido de silício e um agente de ligação a poeira e/ou um agente antiaglomerante, que mostra a capacidade deste revestimento de se ligar à água. No entanto, dificuldades operacionais, como a geração de ambientes empoeirados e a necessidade de fixar o material em pó na superfície da partículas de NA, limitam essa técnica. Mesmo a mistura mecânica com agentes de secagem, tais como sílica gel e partículas de NA contendo Nitrato de Magnésio (MgN), tem sido reivindicada (documento EP 1 123 257) como um aditivo estabilizador eficaz contra ciclos térmicos, se sua capacidade de secagem de dose for atribuída à ausência de água no NA.

[012] Apesar desta fundamentação, existe uma necessidade e demanda por produtos de nitrato de amônio que apresentem melhor comportamento de fluxo que complemente ou aprimore aqueles já conhecidos no estado da arte.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[013] O principal objetivo da presente invenção é conseguir produtos de nitrato de amônio (NA) com melhor comportamento de fluxo, especialmente destinado a partículas de NA porosas para a fabricação de explosivos.

[014] A invenção propõe o uso de esferas ou grânulos de alumina ativada (AA) como adjuvante de fluxo misto. Em particular, o inventor encontrou um método de preparação de produtos de NA com melhor comportamento de fluxo, que consiste na adição de esferas ou grânulos de AA às partículas de NA antes do ensacamento/embalagem de proteção contra umidade. Esta adição ajuda, vantajosamente, a impedir que a superfície das partículas de NA preparadas se umidifiquem durante o período até o uso final.

[015] Portanto, um aspecto da presente invenção refere- se a um produto de nitrato de amônio (daqui em diante referido como um produto da invenção ou, simplesmente, produto da invenção) que compreende uma mistura de partículas de NA e esferas ou grânulos de AA. O produto de NA da invenção é útil como matéria-prima para a fabricação de explosivos; mais particularmente, pode ser usado como componente oxidante em composições explosivas.

[016] Outro aspecto desta invenção refere-se a um método simples para a fabricação do produto de NA da invenção compreendendo a mistura mecânica de partículas de NA e esferas ou grânulos de AA que não levam a uma modificação significativa do processo de produção habitual.

[017] Um aspecto adicional da invenção refere-se ao uso de esferas ou grânulos de AA como aditivo externo de fluxo livre para partículas de NA sólidas.

[018] Estes aspectos e suas formas de realização preferenciais também são definidos adicionalmente a seguir na descrição detalhada, bem como nas reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[019] A Figura 1 é uma representação gráfica das coordenadas de amostragem (x, y, z) utilizadas no exemplo 1 para avaliar o teor de umidade em função do ponto de amostragem dentro dos FIBC e tempo de armazenamento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[020] Conforme utilizado aqui, o termo “cerca de” significa uma ligeira variação do valor especificado, de preferência, dentro de 10% do valor especificado. No entanto, o termo “cerca de” pode significar uma maior tolerância de variação dependendo, por exemplo, da técnica experimental utilizada. As referidas variações de um valor especificado são entendidas pelo técnico no assunto e estão dentro do escopo da presente invenção. Além disso, a fim de fornecer uma descrição mais concisa, algumas das expressões quantitativas utilizadas aqui não são qualificadas com o termo “ cerca de ” . Entende-se que, se o termo “cerca de ” é usado explicitamente ou não, cada quantidade utilizada aqui significa uma referência aproximada ao valor real dado, e também se refere à aproximação a esse valor dado que seria razoavelmente inferido com base na técnica comum, incluindo equivalentes e aproximações devido às condições experimentais e/ou de medição para esse valor dado.

[021] Concentrações, quantidades e outros dados numéricos podem ser expressos ou apresentados aqui em um formato de intervalo. Deve-se entender que esse formato de intervalo é usado apenas para fins de conveniência e concisão e, portanto, deve ser interpretado de forma flexível de modo a incluir não apenas os valores numéricos explicitamente citados, como os limites do intervalo, como também incluir todos os valores numéricos individuais ou subintervalos incluídos dentro desse intervalo, como se cada valor numérico e subintervalo fosse explicitamente citado. Como ilustração, um intervalo numérico de “cerca de 1 micron a cerca de 5 micra” deve ser interpretado como incluindo não apenas os valores explicitamente citados de cerca de 1 micron a cerca de 5 micra, como também incluindo valores individuais e subintervalos dentro do intervalo indicado. Assim, neste intervalo numérico estão incluídos os valores individuais, tais como 2, 3,5 e 4 e seus subintervalos, tais como a partir de 1-3, 2-4, e 3-5, etc. O mesmo princípio aplica-se aos intervalos que citam um único valor numérico.

[022] Após uma extensa pesquisa, o inventor descobriu que a morfologia superficial das partículas de NA teve uma influência principal nas operações finais de revestimento (por exemplo, com agentes antiaglomerantes sólidos) bem como sobre o seu comportamento de fluxo. As partículas de NA que tenham sido submetidas a processos de secagem, tipicamente as partículas de NA porosas produzidas a partir de soluções de formação de grãos de NA contendo água (1-10% por peso), normalmente apresentam protuberâncias e deformações na estrutura de superfície ligadas à transferência da solução saturada em direção à superfície através da rede de poros. Estes desvios morfológicos de partículas redondas e lisas têm um grande impacto sobre a perda do comportamento de fluxo de massa do produto a granel e, assim, no aparecimento de fenômenos de arqueamento que controlam o seu fluxo de descarga.

[023] No entanto, o inventor também descobriu que, se a superfície da partícula de nitrato de amônio for completamente seca, o efeito da morfologia da superfície pode ser atenuado. Neste sentido, foi evidenciado que NA poroso recém- produzido apresentou um bom comportamento de fluxo. O processo de produção de NA poroso envolve, normalmente, uma etapa de secagem final, antes das operações de resfriamento, peneiramento e de revestimento antiaglomerante, em que a superfície das partículas de NA é completamente seca. Este processo de secagem pode ser realizado, deixando apenas alguma umidade “não-secável” residual, normalmente variando de < 0,1% por peso, atribuída às posições internas da partícula restritas à difusão.

[024] Entretanto, o bom comportamento de fluxo é perdido logo que o produto foi submetido a um ambiente úmido (tempo fixado a uma umidade relativa superior a umidade relativa crítica de NA) o suficiente apenas para provocar a penetração de umidade quase insignificante (por meio de métodos de análise convencionais, tais como Karl- Fischer), que poderia ocorrer, em algum grau, na superfície externa das partículas de NA. Em seguida, o inventor previu que, se a superfície das partículas de NA fosse protegida contra a absorção de umidade, isto é, se a superfície fosse mantida seca durante o tempo de armazenamento até o uso final, o comportamento de massa de fluxo poderia ser assegurado.

[025] Apesar de o produto de NA ser normalmente ensacado em Sacos de Proteção (SP), como os recipientes flexíveis intermediários para produtos a granel (FIBCs), o desempenho destes sacos como barreira contra a umidade não é totalmente eficaz. Existe um transporte de vapor de água através das camadas de plástico que obedece à lei de Fick, a qual se refere à taxa de transferência de massa M (mol s 1) a um gradiente de concentração, que atua como força em uma forma de diferença finita é

onde D (m2 s-1) é o coeficiente de difusão do material de barreira, A é a área (m2), e ΔPW (mol m-3) é a diferença de pressão parcial do vapor de água sobre o aumento de comprimento, a espessura da camada de barreira, ΔX(m).

[026] Dentro do SP, a pressão parcial de vapor de água será definida pela umidade relativa crítica (URC) do NA, ou seja, pela dependência de temperatura do equilíbrio de adsorção de vapor de água. Se a UR do ar ambiente, e, portanto, a pressão parcial do vapor de água externo, for maior, um gradiente de pressão parcial entre os dois lados (dentro e fora) vai ser gerado, o qual atua como força motriz para a transferência de umidade para dentro do SP, a qual é, em seguida, adsorvida pelo produto de NA, mantendo a condição de equilíbrio no interior. Então, se as condições de armazenamento forem desfavoráveis, isto é, em campo aberto e locais úmidos, uma transferência de umidade eficaz através da(s) camada(s) do SP ocorrerá.

[027] Assim, a adição de desumidificadores, que poderiam lidar com a umidade transferida através da(s) camada(s) do SP, foi considerada pelo inventor uma estratégia útil para estender o comportamento de fluxo de massa do produto de NA.

[028] O uso de aditivos internos, aditivos de fusão, tais como MgN, não foi considerado devido ao efeito negativo que poderia ter sobre as características do NA poroso, tais como a diminuição da porosidade devido à necessidade de secagem intensa.

[029] Em seguida, a mistura do produto de NA final com desumidificadores foi considerada. O inventor previu que o desumidificador deve ter uma série de propriedades, conforme descritas abaixo. Deve ser quimicamente compatível com o NA. Deve funcionar como sítio preferencial para a adsorção da umidade transferida através da(s) camada(s) do SP, sendo esta função ativada por materiais capazes de diminuir a UR bem abaixo da URC do NA. Além disso, ele deve ser particulado, tendo a distribuição de tamanho de partícula e a densidade de partículas semelhantes às do NA para evitar os processos de segregação, e deve ser, preferencialmente, de cor branca para evitar heterogeneidades de aspecto. O desumidificador deve apresentar também alta resistência ao atrito e à compressão. Além disso, ele deve permitir, preferivelmente, o processo de quimiossorção, resultando na adsorção de água praticamente irreversível, em vez de fisiossorção reversível ou adsorção capilar que poderia induzir os processos de redistribuição (atribuídos às variações de temperatura) da umidade presa/adsorvida em direção ao NA. O desumidificador deve apresentar alta capacidade de adsorção a fim de prolongar o tempo de armazenamento durante o qual o produto de NA manterá seu comportamento de fluxo de massa por doses mínimas do aditivo. Esta minimização da dose de aditivo é um requisito crítico, uma vez que os produtos de NA para a fabricação de explosivos requerem elevada pureza, tipicamente > 99,0%. Neste sentido, a dose de aditivos, se não apresentar característica oxidante, resulta na diminuição quase proporcional da energia específica final do explosivo. Outro requisito crítico é o custo específico que o aditivo terá no produto de NA. Em qualquer caso, a dose de aditivo deve provocar um impacto mínimo nas características do produto de NA e no desempenho final do explosivo.

[030] De acordo com esses requisitos, a triagem por desumidificadores foi iniciada. Desumidificadores típicos, como cloreto de cálcio, carbonos ativados e óxidos e hidróxidos alcalinos (terrosos) não foram considerados devido à incompatibilidade com o NA. Drierite e sulfato de magnésio anidro são quimicamente compatíveis, não desintegrantes, não molhantes, e economicamente rentáveis para uso. No entanto, os produtos comerciais mostram formas irregulares não esféricas e capacidade de desumidificação relativamente baixa. Peneiras moleculares de natureza zeolítica apresentam excelente capacidade de adsorção em URs baixas, seguida de uma isoterma de adsorção do tipo Langmuir, mas, em contrapartida, a estruturação do grânulo requer a incorporação de aglomerantes coloridos, alguns dos quais podendo apresentar incompatibilidades químicas com o NA e, além disso, o preço do produto não é competitivo.

[031] Também foram realizados testes experimentais. Foi dada um atenção especial aos agentes desumidificadores anteriormente propostos para NA, tais como o uso de partículas de NA contendo MgN parcialmente hidratado. NA contendo MgN parcialmente hidratado possui capacidade de adsorção relativamente baixa. Em todo o caso, tem pouco efeito sobre as características do produto de NA como matéria-prima para a fabricação de explosivos, o que permite doses mais elevadas que superam esta baixa capacidade de adsorção. No entanto, verificou-se que, à medida que o teor de umidade aumenta, a dureza deste desumidificador diminui substancialmente, resultando em um produto muito frágil, cujo colapso tem um impacto negativo sobre a capacidade de escoamento do produto.

[032] Com base no conhecimento do inventor, esferas ou grânulos de AA não foram sugeridos como agentes de proteção contra absorção de umidade na indústria de NA. No entanto, esferas ou grânulos de AA parecem satisfazer a maioria dos requisitos inicialmente procurados e também foram avaliados nesta triagem por desumidificadores. Observou-se que doses relativamente baixas de esferas ou grânulos de AA proporcionaram produtos com melhor comportamento de fluxo.

[033] A presente invenção desenvolveu, portanto, um método de preparação de produtos de NA de escoamento livre que consiste em utilizar esferas ou grânulos de AA como adjuvantes de fluxo mais adequados para finalizar as partículas de NA que podem ser obtidas em um processo de fabricação por granulação ou formação de grãos padrão, imediatamente antes de embalá-las nos SP. Vantajosamente, a adição de esferas ou grânulos de AA às partículas de NA ajuda a inibir a umidificação da superfície das partículas de NA preparadas devido à infiltração de vapor de água através da(s) camada(s) do SP durante um determinado tempo de armazenamento, isto é, até que a capacidade de adsorção da alumina dosada na URC do NA seja alcançada.

[034] O produto da invenção representa uma substituição adequada das partículas de NA comercialmente comercializadas ou conhecidas no estado da arte. Preferencialmente, o produto, de acordo com a invenção, é um produto de NA não pulverizado que compreende ou é constituído por uma mistura de partículas de NA, tais como grãos ou grânulos, e esferas ou grânulos de AA. O produto da invenção é especialmente vantajoso com grãos de NA porosos.

[035] Para o propósito da presente invenção, as partículas de NA podem ser preparadas por técnicas convencionais bem conhecidas por um técnico no assunto. Esferas ou grânulos de AA são misturados, de preferência, subsequentemente ao revestimento das partículas de NA com agente antiaglomerante de superfície ativa, tais como aqueles de natureza orgânica comumente usados na indústria, e antes das operações de embalagem. Exemplos de agentes antiaglomerantes são aqueles comercializados por ArrMaz, sob o nome de marca GALORYL™ (por exemplo GALORYL™ AT, GALORYL™ ATH, GALORYL™ ATH H) e por Kao Corporation, sob o nome de marca SK FERT™; estes agentes consistem normalmente de uma base oleosa contendo aminas graxas, uma base oleosa que contendo aminas graxas e outros derivados graxos ou uma mistura de aminas dispersas em óleo mineral e cera.

[036] Em uma concretização preferencial, o produto de NA da invenção é compatível com os requisitos para uso em explosivos. Com isto em mente, os produtos de nitrato de amônio de grau técnico (comumente abreviados como TGNA ou TNA), fabricados como grãos ou grânulos são preferidos. Os produtos TAN na forma de grãos ou grânulos, compreendendo todos os produtos de NA produzidos por meio de processos de formação de grãos ou de granulação, são classificados como densos (ou alta densidade) ou porosos (ou baixa densidade), em função da sua densidade aparente. A densidade aparente (densidade do poro) de grãos ou grânulos de TNA densos encontra-se no intervalo de 1,05-0,90 g.cm-3, enquanto varia entre 0,90-0,60 g.cm-3 para TNA poroso, o último tipo sendo preferido na presente invenção.

[037] AA é utilizada para uma vasta gama de aplicações adsorventes e catalisadoras. É tipicamente fabricada por calcinação de gibbsita ou boehmita a 400-600°C, resultando em um material estruturado de óxido de alumínio altamente poroso. A AA mostra afinidade por adsorção de molécula polar (por exemplo, água). A capacidade de adsorção de água por unidade de peso de AA é diretamente proporcional à sua superfície específica e depende da UR. Para a finalidade da presente invenção, a AA é utilizada sob a forma de grânulos ou esferas, que estão disponíveis comercialmente mesmo em distribuições de tamanho de partícula que correspondem à distribuição de tamanho de partícula típico (PSD) de NA poroso granulado. Preferencialmente, as esferas ou grânulos de AA possuem uma grande área de superfície específica (100-500 m2g-1) e mostram capacidade de adsorção de água variando de 15-25% por peso em UR igual a 50%. Em uma concretização mais particular, esferas ou grânulos de AA possuem uma área superficial específica variando de cerca de 250 a cerca de 400 m2g-1. Em uma concretização mais particular, esferas ou grânulos de AA possuem uma distribuição de tamanho de partícula de 1,0-5,0 mm (> 95% por peso), mais particularmente, 1,5-5,0 mm (> 95% por peso) ou 1,5-3,0 mm (> 95% por peso). Além disso, a densidade aparente das esferas ou grânulos varia de 700-850 kgm-3, a qual também se encontra dentro da faixa de NA granulado poroso. Adicionalmente, esferas ou grânulos de AA apresentam elevada resistência ao atrito e à compressão, se comparados, por exemplo, com as próprias partículas de NA porosas, além de não incharem nem amolecerem quando adsorvem água.

[038] Comprovou-se que quantidades muito baixas de esferas ou grânulos de AA melhoram significativamente o comportamento de fluxo. Em uma concretização da invenção, esferas ou grânulos de AA estão presentes no produto da invenção em uma quantidade que varia desde cerca de 0,01% por peso a cerca de 2,0% por peso, e mais particularmente, de cerca de 0,1% por peso ou 0,2% por peso a cerca de 1,0% por peso ou 1,5% por peso. Em determinadas concretizações, a quantidade é de cerca de 0,1% por peso, cerca de 0,2% por peso, cerca de 0,3% por peso, cerca de 0,4% por peso, cerca de 0,5% por peso, cerca de 0,6% por peso, cerca de 0,7% por peso, cerca de 0,8% por peso, cerca de 0,9% por peso, crca de 1,0% por peso, cerca de 1,1% por peso, cerca de 1,2% por peso, cerca de 1,3% por peso, cerca de 1,4% por peso, ou cerca de 1,5% por peso. Preferencialmente, a quantidade varia de cerca de 0,5% por peso a cerca de 1,0% por peso. Naturalmente, valores acima destas faixas também estão contemplados na presente invenção, porém são menos preferidos do ponto de vista econômico.

[039] O produto de NA da invenção é útil como matéria- prima para a fabricação de explosivos, e é apropriado, particularmente, como o componente oxidante em composições explosivas. Em uma concretização particular, o produto de NA da invenção consiste essencialmente de uma mistura de i) partículas de NA e ii) esferas ou grânulos de AA. Em uma concretização mais particular, o produto de NA da invenção consiste de uma mistura de i) partículas de NA e ii) esferas ou grânulos de AA. Além disso, a presente invenção refere-se a um explosivo compreendendo o produto de NA da invenção.

EXEMPLOS

[040] Dois produtos de nitrato de amônio poroso granulado, nomeadamente PPNA A e PPNA B, foram testados.

[041] As definições relacionadas aos testes são as seguintes:

Teste de fluidez:

[042] Uma amostra de 1000 g de NA poroso é colocada dentro de um funil alimentador, e então é submetida a condições de vibração fixas (aceleração de 6,0 ms-2 durante 1 min), a fim de imitar o processo de compactação real. Uma vez que a vibração cessa, a amostra é deixada em repouso por um tempo definido antes de abrir a válvula de descarga. O tempo necessário para que a amostra seja totalmente descarregada é gravado. Se a amostra precisar de mais de 300s para ser descarregada, o teste é concluído.

[043] Dois tipos de fluxo de descarga foram evidenciados. Por um lado, o fluxo de massa, o qual descreve o fluxo contínuo de partículas de PPNA que varia de 5 a aproximadamente 8s para descarga completa. Por outro lado, o fluxo controlado, para o qual episódios de arqueamento coesivo levam a um fluxo descontínuo no início da operação de descarga. Uma vez atingido o tempo crítico de descarga (quantidade de descarga), o arco colapsa totalmente e o comportamento de fluxo de massa é recuperado. No limite, o fluxo descontínuo pode ser tão lento que o resultado do teste é considerado como ausência de fluxo (se o tempo de descarga for superior a 5 min).

Teor de umidade:

[044] O teor de umidade das amostras de PPNA foi estabelecido como a média de três medidas de Karl-Fischer.

Simulação de envelhecimento da amostra:

[045] A amostra fresca seca é submetida ao processo de envelhecimento a fim de simular a absorção de umidade durante as etapas reais de armazenamento e transporte. O processo consiste em ensacar a amostra fresca seca em sacos lacrados (capacidade de 2L e 50μm de espessura) de polietileno de baixa densidade (PEBD). Depois, a amostra ensacada é submetida a condições ambientais úmidas. Devido a vários fatores, essa simulação detém o processo de umidificação real, tal como ocorre nos FIBCs. Por um lado, a área específica da camada do SP, por unidade de massa de produto de NA, é muito maior nesses sacos pequenos do que nos FIBCs. Além disso, a taxa de transmissão de vapor de umidade de LDPE, isto é, o coeficiente de difusão, é maior do que aqueles para materiais reais PP e HDPE do FIBC. Além disso, a espessura é menor para estes sacos lacrados que apresentam apenas uma camada.

Friabilidade

[046] A amostra é peneirada para remover materiais finos (<1,00 mm). Aproximadamente 100 g desta amostra peneirada é alimentada em um ciclone operado com ar seco a 170 kPa. A amostra coletada a partir da saída inferior do ciclone é peneirada adicionalmente através de uma tela de 1,00 mm. A quantidade de materiais gerados é medida e expressa em % por peso do peso inicial da amostra.

Resistência à compressão

[047] A amostra é analisada entre 2,00 e 3,00 mm, e o produto obtido é posteriormente submetido, partícula por partícula, a um teste de resistência à compressão (RC) por meio de um medidor de força de compressão eletrônico. A força de compressão média (em N) no ponto de compressão é calculada a partir de um total de 20 medições.

[048] Exemplo 1. Este exemplo mostra o processo de umidificação devido à infiltração de vapor de água através da(s) camada(s) do SP. NA poroso recém- produzido B, com um teor de umidade igual a 0,03% por peso, foi ensacado em dois FIBCs, com capacidade de 1000 kg, e deixados isolados em campo aberto. Os FIBCs de duas camadas, camada externa de PP laminado (~160 gm-2) e camada de HDPE interna (~ 100 μ m de espessura), foram usados.

[049] Os FIBCs foram armazenados abertos por 2 e 6 meses, respectivamente. Depois desse período de tempo, utilizando-se um dispositivo de amostragem apropriado, as amostras foram coletadas a partir de diferentes posições internas nos FIBCs, conforme descrito na figura 1 pelas coordenadas (x, y, z): estando as cotas z1, z2 e z3 próximas a 5, 30 e 55 cm abaixo da parte superior do FIBC, y1 próximo a 50 cm, isto é, posição central na sua face, e x1 e x2, 10 cm e 50 cm, respectivamente. As amostras foram ensacadas e submetidas imediatamente à análise de umidade. Os resultados são apresentados na Tabela 1. Tabela 1. Teor de umidade em função do ponto de amostragem dentro do FIBC e de acordo com o tempo de armazenamento Teor de umidade

[050] Os resultados mostram que existe alguma infiltração através das camadas do FIBC, cuja extensão depende do tempo de armazenamento. Como resultado deste processo de infiltração, foi gerado um gradiente de teor de umidade, aumentando das posições centrais em direção às posições próximas às camadas do FIBC.

[051] Exemplo 2. Este exemplo mostra o efeito da mistura de diferentes doses de esferas de AA (1,5-3,0 mm) com os produtos de NA porosos frescos e secos A e B sob condições simuladas de embalagem. As características de fluxo resultantes, juntamente com dados de absorção de umidade em relação aos produtos de NA são mostrados na Tabela 2 e 3. Tabela 2. Teor de umidade (u) no NA poroso e tempo de descarga durante 20 minutos em repouso (t), após submeter as composições de esfera de NA poroso A-AA a diferentes tempos de envelhecimento. Condições ambientais de envelhecimento (15-25°C e 50 < UR < 95%).

Tabela 3. Teor de umidade (u) no NA poroso e tempo de descarga durante 20 minutos em repouso (t), após submeter as composições de esfera de NA poroso B-AA a diferentes tempos de envelhecimento. Condições ambientais de envelhecimento (5-7°C e UR > 80%)

[052] Os resultados mostram que a adição de esferas de AA permitiu impedir que os produtos de NA ensacados ficassem úmidos devido à infiltração através da camada do SP até um certo ponto, ou seja, até uma determinada quantidade de vapor de água infiltrada, dependendo da dose de esferas de AA específicas utilizadas. Ao contrário da umidade “não-secável” residual, este vapor de água infiltrado teria a capacidade de adsorver em qualquer posição da superfície do NA poroso, incluindo a superfície externa, onde o contato interpartículas ocorre. Na mesma tendência, foi evidenciado que o ligeiro aumento do teor de umidade, devido à infiltração, até valores igual a 0,01%, resulta em um impacto significativo sobre o comportamento de fluxo destes produtos de NA porosos.

[053] Exemplo 3. Este exemplo mostra a desvantagem de se usar materiais que, apesar de apresentarem um comportamento desumidificador em sítios preferenciais para adsorção de água, são ou se tornam frágeis o suficiente para entrar em colapso em operações de manuseamento real. MgN parcialmente hidratado contendo NA é um aditivo desumidificador interessante, pois sua dosagem tem pouco efeito sobre as características do produto de NA como matéria-prima para a fabricação de explosivos. Além disso, para teores de umidade abaixo da hidratação total do MgN, este aditivo é mais duro do que o NA poroso. No entanto, o teor de umidade que excede o valor de hidratação do MgN, resulta em uma queda dramática da dureza. A Tabela 4 mostra o efeito do teor de umidade sobre a dureza (expressa como friabilidade e resistência à compressão) de um NA denso contendo cerca de 2300 ppm de Mg como MgN, isto é, hexahidratação alcançada para aproximadamente um teor de umidade igual a 1,0% por peso. Tabela 4. Teor de umidade (u) do NA denso contendo MgN e o seu efeito na resistência à compressão (RC) e friabilidade (F)

[054] A adição de 5% por peso de NA comprimido contendo MgN, tendo um teor de umidade igual a 2,1% por peso, resultou na supressão total do fluxo de descarga dos produtos de NA porosos secos A e B.

[055] Em contrapartida, verificou-se que as esferas de AA usadas nos exemplos anteriores possuem elevada resistência ao atrito e à compressão. Além disso, as esferas de AA mantêm a dureza após adsorver água. Por exemplo, um valor de resistência à compressão igual a 26,7 e 16,2 N foi estabelecido para esferas de AA frescas e esferas de AA após imersão em água durante a noite, respectivamente. A friabilidade foi igual a 0% em ambos os casos. Isto garante que não haja compressão prática do aditivo de esfera de AA em aplicações normais para o produto da invenção.

Claims

1. Produto de nitrato de amônio (NA) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma mistura de i) partículas de NA e ii) esferas ou grânulos de alumina ativada (AA), em que a AA está presente em uma quantidade que varia de 0,01% por peso a 2% por peso.

2. Produto de NA, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que consiste de uma mistura de i) partículas de NA e ii) esferas ou grânulos de AA, em que a AA está presente em uma quantidade que varia de 0,01% por peso a 2% por peso.

3. Produto de NA, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas de NA são revestidas com um agente antiaglomerante orgânico.

4. Produto de NA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas de NA são partículas de NA de grau técnico.

5. Produto de NA, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas de NA são partículas de NA porosas de grau técnico.

6. Produto de NA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a AA está presente em uma quantidade que varia de 0,1% por peso a 1,0% por peso.

7. Produto de Na, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que as esferas ou grânulos de AA possuem uma área superficial específica que varia de 100 a 500 m2g-1.

8. Produto de Na, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que as esferas ou grânulos de AA possuem uma área de superfície específica que varia de 250 a 400 m2g-1.

9. Produto de NA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que as esferas ou grânulos de AA apresentam uma distribuição de tamanho de partícula que varia de 1,0 a 5,0 mm.

10. Produto de NA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9 CARACTERIZADO pelo fato de que as esferas ou grânulos de AA apresentam uma distribuição de tamanho de partícula que varia de 1,5 a 3,0 mm.

11. Produto de NA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o produto de NA é adequado como matéria-prima para a fabricação de explosivos.

12. Produto de NA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o produto de NA é adequado como oxidante em explosivos.

13. Explosivo CARACTERIZADO pelo fato de que compreende o produto de NA conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 12.

14. Método para a preparação do produto de nitrato de amônio (NA), conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de compreender misturar mecanicamente as partículas de NA com as esferas ou grânulos de alumina ativada (AA).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que as esferas ou os grânulos de alumina ativada são misturadas com as partículas de NA depois de as partículas de NA terem sido secas, arrefecidas e revestidas com um agente antiaglomerante orgânico e antes de serem ensacadas em Sacos de Proteção.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 ou 15, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas de NA são partículas de NA de grau técnico.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas de NA são partículas de NA porosas de grau técnico.

18. Uso de esferas ou grânulos de alumina ativada (AA) CARACTERIZADO por ser para auxiliar o fluxo das partículas de nitrato de amônio (NA), em que as referidas esferas ou grânulos de AA e NA formam uma mistura mecânica, que é o produto de NA conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 12.