BRPI0804267A2 - processo de produção do licor de nitrato de amÈnio - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE PRODUçãO DO LICOR DE NITRATO DE AMÈNIO. A presente invenção descreve um processo de produção de licor de Nitrato de Amónio a partir de pérolas de Nitrato de Amónio com cobertura catiónica. Este novo processo de preparação do produto consiste em três etapas distintas que serão descritas nesta invenção. No primeiro momento, este nitrato com cobertura catiónica é colocado em um recipiente, o qual é aquecido com talco e água para atuar como auxiliar de aglomeração no anti-cakíng. Na etapa seguinte, esta solução é misturada a uma solução de polímeros, em que estas duas soluções reagem originando três fases distintas, isto é, o licor propriamente dito, a parte com polímero e impurezas que se separam por decantação e a parte com polfmero que forma uma emulsão que se separa por flotação. Na última etapa do processo aqui descrito, a parte decantada é eliminada por uma descarga e os elementos de flotação são extraídos por filtrações múltiplas.

Description

"PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DE AMÔNIO".

A presente invenção descreve um processo de produção de licor deNitrato de Amônio a partir de pérolas de Nitrato de Amônio com coberturacatiônica.

Este novo processo de preparação do produto consiste em três etapasdistintas que serão descritas nesta invenção. No primeiro momento, este nitratocom cobertura catiônica é colocado em um recipiente, o qual é aquecido comtalco e água para atuar como auxiliar de aglomeração no anti-caking.

Na etapa seguinte, esta solução é misturada a uma solução depolímeros. Nesta segunda etapa do processo estas duas soluções reagemoriginando três fases distintas, isto é, o licor propriamente dito, a parte compolímero e impurezas que se separam por decantação e a parte com polímeroque forma uma emulsâo que se separa por flotaçâo.

Na última etapa do processo aqui descrito, a parte decantada éeliminada por uma descarga e os elementos de flotaçâo são extraídos porfiltrações múltiplas. Depois dessa limpeza, o nitrato é branqueado por umasolução de Peróxído de Hidrogênio 200V, a qual oxida os materiais orgânicosresiduais, proporcionando um licor de Nitrato de Amônio com concentraçãoentre 48 a 86%. Esta solução pode ser diluída para formar soluções comconcentrações variadas, ou concentrada para obter uma solução de Nitrato deAmônio de até 99%.

O Nitrato de Amônio é utilizado como importante ingrediente nosexplosivos desde 1870, quando começou a substituir parcialmente anitroglicerina das dinamites. Devido ao custo reduzido, à alta segurança e aoexcelente desempenho, a mistura de Nitrato de Amônio com óleoscombustíveis, o ANFO (ammonium nitrate fuel oil), teve rápido crescimentosendo hoje o material de maior utilização pela indústria de mineração mundial.O ANFO é um explosivo produzido pela mistura de hidrocarbonetos líquidos(geralmente óleo diesel, por vezes querosene), com Nitrato de Amônio. Acapacidade destrutiva deste composto foi descoberta quando, em um porto noGolfo do México na década de 20, um navio de fertilizantes explodiu apósvazamento de óleo diesel.

Além do ANFO, outros materiais explosivos foram originados a partir doNitrato de Amônio, como por exemplo, as emulsões explosivas.

Segundo o Engenheiro de Minas, Enrique Munaretti,Mestre em Desmonte de Rochas com Uso de Explosivos, "... os mesmos sãosubstâncias capazes de se transformar quimicamente em gases, comextraordinária rapidez, produzindo elevadas pressões e onda de choque.

Durante a reação de detonação do explosivo, a onda de choque viaja atravésdo material com velocidade mínima de 2.000 metros por segundo. Ocorre umareação química onde o oxigênio é o elemento oxidante e o carbono é ocombustível (elemento redutor)". (Conselho em Revista I, n° 38, pág. 3/CREA).

Explosivos podem ser usados para desmontar, escavar e mover rochasna mineração, abrir cortes de estrada, túneis, canais, trincheiras ou implodirprédios, pontes e torres na construção civil. Na indústria aeroespacial, eles sãolargamente utilizados como propelente de foguetes; na indústria automobilísticapara fabricação dos air-bags, além de poderem ser usados para produção defogos de artifício e esculturas, como por exemplo, o Mount Rushmore nos EUA.

Dado o seu alto grau de eficácia os explosivos também são utilizados para aguerra, sendo os nucleares os mais destruidores.

A mais primitiva técnica de desmonte de rocha consistia, além da quebracom instrumentos como martelos e marretas, no aquecimento por fogueira eresfriamento rápido da rocha com água fria, causando pequenas rachaduras.

Mais tarde, explosivos como a pólvora negra, que é uma mistura entrecarvão, enxofre e nitrato de sódio ou potássio, facilitaram substancialmente otrabalho de quebra das rochas. Admite-se que a pólvora deriva do "FogoGrego", (petróleo, cal e enxofre) utilizado em 668 AC. por uma frota deembarcações de guerra bizantina. Existem registros de que a partir deaproximadamente 1200 D.C. os chineses, os árabes e outros povos utilizarama pólvora. No início do século XVII, a pólvora foi introduzida nos trabalhos demineração como o principal método de rompimento de rochas na Europa,substituindo o aquecimento e o resfriamento.

As mais importantes descobertas no campo dos explosivos industriais,atualmente utilizados, ocorreram no século XIX. Ascânio Sobrero em 1846sintetizou a nitroglicerina (NG) que devido ao seu grande poder destrutivo e dedifícil controle, foi desaconselhada para uso industrial. A NG foi usada então,apenas como "tônico" cardíaco devido às suas propriedades vasodilatadoras.

Por muitos anos houve pouco interesse na NG como explosivo, pois asua utilização quase sempre terminava em tragédia. Finalmente, em 1862, umsueco autodidata, chamado Alfred Nobel (1833-1886) comercializounitroglicerina líquida para utilização na mineração. Derramava-se a NGcuidadosamente em furos na rocha, a qual era detonada por meio de umestopim. Devido à extrema sensibilidade da NG ao choque mecânico, omanuseio e o transporte eram completamente inseguros, o que custou muitasvidas. Nobel passou então a estudar uma forma de dominar a NG, imaginandoum método que permitisse amortecer os choques mecânicos no explosivoatravés da absorção da nitroglicerina misturada em algum material. Depois demuitos testes foi escolhido o diatomito. Essa mistura recebeu o nome comercialde "Dynamite" em 1866, sendo rapidamente aceita no mercado. Nobel tambéminventou a espoleta (1864) para que a dinamite pudesse ser detonada commelhor precisão e segurança.

Em 1895, Nobel já havia construído um império industrial de pelo menos90 fábricas em 26 países. Nos últimos anos de sua vida assistiu com tristeza autilização de suas descobertas pela indústria bélica. Foi então quedisponibilizou a sua fortuna em testamento para a criação de prêmios anuais àspessoas que mais contribuíssem para o avanço da física, química, biologia,medicina e láureas a escritores e pacifistas.

O "Prêmio Nobel" foi instituído em 1901 pela Real Academia de Ciênciada Suécia. Hoje em dia, explosivos sem nitroglicerina têm sido desenvolvidosprincipalmente para fugir às desvantagens em termos de segurança e altocusto que a NG apresenta. A base desses explosivos é o Nitrato de Amônio(NA), cuja mistura com óieo combustível foi patenteada em 1879, por ÁtfredNobel, para ser utilizada como substituto parcial da nitroglicerina na dinamite.Este sal foi primeiramente sintetizado em 1659 por J. R. Glauber, sendoempregado como fertilizante no inicio do século XX.

 II Guerra Mundial impulsionou a fabricação de grandes quantidades deNitrato de Amônio, tanto para fertilizante, como para a indústria de munição.Nos anos 50 iniciou-se a utilização de óleo diesel misturado ao Nitrato deAmônio nas minas de ferro de Minnesota, EUA, daí o nome ANFO (ammoniumnítrate-fuel oil). Nas décadas seguintes, o ANFO se popularizou reduzindocustos de extração, aumentando a segurança e tornando viáveis jazidas quenão seriam econômicas, caso essa tecnologia não fosse acessível. Hoje em dia2,5 milhões de toneladas de explosivos são consumidas anualmente apenasnos EUA, sendo que 97% deste material é ANFO.

Uma das fragilidades desse material é que o ANFO não possuiresistência ao ataque da água, de modo que quando em contato com esta, nãodetona. Criaram-se então na década de 60 vários explosivos à base de NA,como o aquagef e a emulsâo com melhor resistência. Emulsâo é o explosivoque consegue hoje juntar todas as vantagens do ANFO em termos desegurança, podendo ser utilizado em contato com a água e ainda assim tercusto menor do que a dinamite.

Outros usos deste produto são muito difundidos, como aqueles para afertilização de solos, de limpeza e tratamento de esgotos e de fluentes, deprodução de sucos e de limpeza de abatedouros, e congêneres.

Na fertilização de solos, as formas de nitrogênio nítrico e nitrogênioamoniacal podem ser absorvidas e metabolizadas pelas plantas desde queestejam na forma de NH/ e, a proporção desta substância nas lavouras é degrande importância no que se refere à aquisição de nitrogênio pelas plantas, Onitrogênio é absorvido predominantemente pelas raízes da planta, de acordocom Marschner (1995, citado em Dissertação de Mestrado apresentada àEscola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo,Piracicaba-SP, julho de 2003) a absorção de NH4+ é favorecida pelo pHelevado (meio alcalino). Esta absorção pode resultar em maior quantidadeabsorvida de formas aniônicas. Em contrapartida, ele promove uma competiçãocom cátions básicos possibilitando o aumento na absorção de potássio,magnésio, cálcio, fósforo e enxofre. Sua aplicação deve então ser bemmediada para que a redução do Nitrato de Àmônio pelas cadeias orgânicas dovegetal seja assimilada sistematicamente sem danos ao cultivo.

No tratamento de esgotos, experiências já realizadas pela SABESP(Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo) e tambémefetuadas em alguns municípios do Estado de Sâo Paulo, como por exemplo,em Santos, São Vicente, Monte Aprazível e Pereira Barreto, têm apresentadoboas soluções para a redução de formação de H2S no sistema de esgotamentosanitário. Nas cidades de Santos e Sâo Vicente foi aplicada, sob certascondições, solução de Nitrato de Amônio, com concentrações variando entre10/ e 50%. A aplicação era feita em estações elevatórias e emissárias, emquantidades equivalentes a uma concentração mínima de 45 mg/L de Nitratode Amônio em esgotos doméstico contendo concentrações de gás sulfídricovariando entre 0,5 e 2,0 mg/L. Para inibir a geração do gás sulfídrico, foiverificado ser necessário um tempo de contato entre 90 e 120 minutos após aaplicação do nitrato. Estas concentrações aplicadas permitem que o nitrato sejao suficiente para fazer parte do constituinte celular dos microrganismosenvolvidos no processo (ROCHA et a!., 1991; MORAES et al., 1993 eAZEVEDO etal., 1999).

No estado da técnica foram encontradas, de acordo com buscasrealizadas em bancos de patentes e em revistas especializadas, diversaspatentes, que descrevem a produção de Nitrato de Amônio através de reaçõesentre Sulfato de Amônio [(NHUkSO^ e Nitrato de Cálcio [Ca(N03)2], de acordocom a reação:

(NH4)2S04 + Ca(NOa)2H 2 NH4NO3+ CaSO*

A patente US4699773 descreve a reação do Ácido Nítrico com Amôniaocorrendo em dois estágios, sendo um onde há variação da temperatura eoutro com a variação da pressão. A patente US4927617 descreve a reação doÁcido Nítrico com Amônia em um reator.

Os processos descritos nestas duas patentes, citadas acima, utilizammétodos eficientes, mas que na verdade ainda deixam sem solução relevantesproblemas do estado da técnica. Estes são apontados, principalmente, pordemandarem um alto custo de produção e utilização de matéria prima de difícilobtenção nas quantidades adequadas para a produção em larga escala, umavez que elas devem ser importadas de outros mercados fornecedores, nãoestando disponível em todos os países.

Na patente P19505880-0 é descrito o processo de obtenção de Nitrato deÀmônio Poroso, de baixa densidade, obtido a partir de prills grau fertilizante, desoluções convertidas em partículas sólidas por quaisquer processos, ou deNitrato de Amônio sólido de outra forma qualquer, processo este através deintrodução, via aquosa, nos grãos ou outra forma de Nitrato de Amônio, deprodutos químicos que ao reagirem entre si originem algum produto gasoso aointerior da partícula de Nitrato de Amônio, provocando expansão de pequenasfraturas ou bolhas existentes originalmente, obtendo-se Nitrato de Amônioporoso com densidade que varia de 0,55 a 0,85 g/cm3. Em outras palavras,esse processo utiliza um método de extração, onde as pérolas de nitratocomerciais são quebradas através de expansão por ataque químico,ocasionando a liberação do Nitrato de Amônio.

A patente PI9600121-6 descreve o aperfeiçoamento da patente PI9505880-0, acima identificada, o qual extrai o nitrato por meio da introdução deleve líquido aquoso ou não adsorvido pelo Nitrato de Amônio, insolubilizador,ou parcialmente solubilizador e inerte no Nitrato de Amônio e que contémreagentes químicos nele solúveis, pouco solubilizadores ou insolubilizadores einertes no Nitrato de Amônio, que ao reagirem entre si geram gases, inertes aoNitrato de Amônio, de expansão das fissuras ou bolhas internas das partículasde Nitrato de Amônio, obtendo-se Nitrato de Amônio poroso, que ao sermisturado com combustíveis líquidos (no caso de ANFO), ou com emulsõesexplosivas (no caso de Emulsões Misturadas com Nitrato de Amônio), ou comcombustíveis sólidos (no caso de Nitrocarbonitratos) obtêm-se explosivos debaixo peso específico (densidade), de alta velocidade e de alta sensibilidade.

Em ambas as patentes, o Nitrato de Amônio extraído permanece com oelemento de recobrimento sendo então um produto impuro, o que poderáproporcionar a cristalização da emulsão produzida.

Para solucionar esses problemas apresentados pelo estado da técnica,tais como o alto custo de produção, a utilização de matéria prima de difícilobtenção e a impureza do licor, a presente invenção descreve um processo deprodução contínua ou intermitente, de licor de Nitrato de Amônio, o qual temcomo objetivo favorecer sua utilização com maior eficiência de produção.

O processo aqui descrito utiliza um Nitrato de Amônio com coberturacatiônica, o qual é solubilizado através de aquecimento com agentes deaglomeração, purificado e branqueado. O resultado final proporciona um licorde Nitrato de Amônio com pureza elevada que formará uma emulsãoestabilizada.

Inicialmente, para a criação e o desenvolvimento da tecnologia aquidescrita, identíficou-se que o componente básico para produção de licor deamônio, objeto da presente invenção, apresentava uma cobertura catiônica, aqual, caso não fosse retirada, faria com que o produto final obtido apresentassegrande quantidade de impurezas, o que proporcionaria a cristalização daemulsão produzida. Verificou-se, ainda, que esta cobertura quando em contatocom polímeros de grande peso molecular reagia de forma que o polímero agiriacomo um separador molecular no licor. A partir desta constatação, foi possíveldesenvolver um processo industrial para a produção em larga escala deste licorde Nitrato de Amônio, solucionando os problemas detectados no estado datécnica.

O processo de produção do licor de Nitrato de Amônio, descrito nestainvenção, pode ser incorporado à indústria produtora de licor de Nitrato deAmônio, usando pérolas de Nitrato de Amônio. Deste modo, será descrito oprocesso de preparo do licor, etapa por etapa, ou seja, de sua diluição,passando pela purificação até o seu clareamento, as quais ocorrem emtemperatura controlada para não haver cristalização da emulsãoproporcionando a desestabilização da mesma,

a) Mistura física de talco, água e nitrato.

Este preparo é feito misturando-se o talco com a água, os quais sâohomogeneizados e aquecidos entre 60 °C e 140 °C. Logo após o aquecimentosão adicionadas pérolas de Nitrato de Amônio com cobertura apoiar oucatiônica, podendo se encontrar na forma de pérolas, escamas ou outra formade Nitrato de Amônio para uso industrial. Vale salientar que o talco, agente deaglon^raçã©-pode4er--váFiascomposições-dist4ntas-como Carbonato-de-Cálcio,Oxido de Magnésio, Oxido de Cálcio, Alumina, não restrito a estes.Uma vez ocorrida a diluição do nitrato, a solução está pronta para serpurificada, o que ocorre na segunda etapa.

b) Purificação do licor de Nitrato de Amônio.

Para a separação de impurezas, a solução obtida na diluição descrita naetapa acima recebe um aditivo composto por uma solução de polímerosaniônicos de alto peso molecular, que produz uma separação física do material.Inicialmente a solução é homogeneizada e depois fica em repouso para aseparação de fases. Nesta etapa parte do material decanta e outra parte flutuasobre o licor de Nitrato de Amônio. A parte decantada é composta pelo talco eimpurezas pré-existentes nas pérolas de Nitrato de Amônio. O materialoriginado da flotação é composto basicamente pela mistura formada entre opolímero, óleos e o Nitrato de Amônio.

Desta forma, a adição de polímeros aniônicos, de alto peso molecular,em concentração relativa maior que 0,3%, aos componentes básicos do Licorde Nitrato de Amônio é capaz de purificar o mesmo. Nessa Etapa, a separaçãodo produto é feita pelo descarte do material decantado, que pode ser realizadaquantas vezes forem necessárias, isto é, até que todo o material que decantouesteja fora do recipiente, o que pode ser feito por meio de uma descarga. Estaetapa é preliminar à filtração do material suspenso. A filtração é feita através defiltros que podem variar de 1 a 200 micras, de acordo com a pureza que sedeseja obter, sendo que este procedimento deve sempre começar pelo filtro demaior porosidade e sucessivamente pelos filtros de menor porosidade. Depoisdesta etapa de purificação, o licor deve passar por mais uma etapa depurificação, que neste processo é denominada branqueamento.

c) Branqueamento do licor de Nitrato de Ãmõnío.

O branqueamento do licor de Nitrato de Amônio é a etapa final depurificação, onde toda a matéria orgânica é eliminada por oxidação. Para tanto,é adicionada sobre o Nitrato de Amônio purificado, uma solução de Peróxido deHidrogênio 200V. Esta solução deve ter uma proporção relativa mínima de0,01%, em relação ao volume total do licor que sofrerá o branqueamento,possibilitando assim a eliminação das impurezas orgânicas, como resíduosoleosos à base de carbono.

Este processo dá origem a um licor de Nitrato de Amônio com densidadenuma faixa de 1,20 a 1,40 g/cm3, o qual pode ser diluído ou concentrado pelaadição de água e ou evaporação da mesma ou ainda pela adição de maisNitrato de Amônio denso, respectivamente.

A presente invenção, portanto, inova por introduzir etapas de purificaçãoao processo de obtenção de licor de Nitrato de Amônio, dando origem a umlicor que oferece as vantagens de maior pureza do produto, eliminando acristalização da emulsão à base de nitrato e consequentementeproporcionando a estabilização da mesma.

Claims (14)

1. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", CARACTERIZADO POR utilizar Nitrato de Amonio seja em formade pérolas (grânulos), escamas ou outras formas de Nitrato de Amonio, talco,água, e polímero.

2. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR utilizaraquecimento para solubilização do Nitrato de Amonio, em temperatura entre-60°Ce 140°C.

3. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com as reivindicações 1 e 2, CARACTERIZADO PORutilizar componentes como talco, água e Nitrato de Amonio que ao seremaquecidos e misturados, homogeneamente, originam uma solução de Nitratode Amonio, não purificada.

4. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, CARACTERIZADOPELO FATO do talco atuar como auxiliar de aglomeração, o qual pode tercomposições distintas como Carbonato de Cálcio, Oxido de Magnésio, Oxidode Cálcio, Alumina, não restrito a estes.

5. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com as reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO PELOFATO dos polímeros agirem como agente de decantação, em concentraçãorelativa maior que 0,3%.

6. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com as reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO PELAadição do polímero na solução de Nitrato de Amonio não purificada com asolução sob agitação e posteriormente permanecer em repouso até aseparação das fases, originadas da mistura.

7. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com as reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO PORutilizar polímeros aniônicos de médio ou alto peso molecular, entre estes estãoaqueles à base de Acrilamida, não restrito.

8. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com as reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO PORobter uma mistura com Nitrato de Àmônío com três fases, quais sejam, umadecantada com partículas sólidas, uma suspensão rica em Nitrato de Amoniona fase líquida e uma suspensão, esponjosa e menos densa, formadaprincipalmente por polímero e óleos.

9. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO POR separaras fases, provenientes da mistura, referentes às reivindicações 1, 2, 3 e 5,através de descarte de material decantado e filtração.

10. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com as reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO PORfiltrar o material suspenso em filtros com porosidades que podem variar entre 1e 200 micras, de acordo com a pureza que se deseja obter.

11. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com as reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO PORbranquear a solução de Nitrato de Amonio proveniente da filtração.

12. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com as reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO PORbranquear a solução de Nitrato de Amonio adicionado sobre ele uma soluçãode Peróxido de Hidrogênio 200V com uma proporção relativa mínima de 0,01%, em relação ao volume total do licor que sofrerá o clareamento.

13. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com as reivindicações de 1 a 12, CARACTERIZADOPOR obter Nitrato de Âmônio em solução com densidade numa faixa de 1,20 a 1,40 g/cm3, que eqüivale à concentração de 48 - 86 % de Nitrato de Amonio.

14. "PROCESSO DE PRODUÇÃO DO LICOR DE NITRATO DEAMONIO", de acordo com a reivindicação 13, com densidade numa faixa de 1,20 a 1,40 g/cm3, CARACTERIZADO POR resultar Nitrato de Amonio quepode ser diluído pela adição de água e ter sua concentração elevada porevaporação de solvente ou ainda pela adição de mais Nitrato de Amôniodenso,