ES2211059T3 - Granulado de hollin. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la obtención de granulados de hollín, en el que el hollín se compacta en presencia de agentes auxiliares y se desmenuza para dar granulados, presentando los granulados un tamaño medio de las partículas desde 0, 3 hasta 2 mm, preferentemente desde 0, 5 hasta 1, 0 mm, caracterizado porque el compactado se lleva a cabo dos o varias veces y el cociente entre la densidad picnométrica y el peso a granel está comprendido entre 3, 0 y 10, preferentemente entre 3, 5 y 8.

Description

Granulados de hollín.

Esta invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de granulados de hollín compactados para diversos campos de aplicación.

Se sabe que los materiales colorantes tienen una fuerte tendencia a la formación de polvo debido a su pequeño tamaño de grano desde 0,01 \mum hasta 20 \mum y que pueden dosificarse de una manera muy mala debido a las elevadas fuerzas de adherencia entre las partículas. Esto se evita por granulación de este polvo como paso previo a su aplicación. Desde luego en este caso se pierde también una parte de la aptitud a la dispersión puesto que, usualmente, se refuerza la estabilidad de los granulados por medio de aglutinantes para mejorar las propiedades de transporte. Por este motivo los granulados de pigmentos presentan frecuentemente una menor intensidad de color inicial, por lo que, con un tiempo de dispersión dado, el desarrollo de la intensidad de color del granulado queda superado por la coloración con polvo. Las ventajas deseables de la ausencia de polvo y de la buena aptitud a la dosificación han conducido, por lo tanto, a muchos esfuerzos para la obtención de granulados perfectamente dispersables incluso en el caso de los pigmentos.

Esto es válido especialmente también para los hollines, que han sido sometidos, debido al pequeño tamaño de sus partículas y a sus bajos pesos a granel, siempre en forma de polvo seco, a un compactado mediante "desgasificado" entre cilindros de vacío o mediante "transformación en perlas" den tambores giratorios. Desde luego en el caso del compactado entre cilindros no se forman granulados y en el caso de un pulverizado en seco los copos de hollín se aglomeran para dar bolitas de tamaño variable de hasta algunos milímetros de diámetro. En el caso de la transformación en perlas en húmedo se granulan los hollines con empleo de agua y, eventualmente, de aglutinantes en máquinas para la transformación en perlas y a continuación se secan. La fabricación de granulados de hollín se describe en la publicación Ullmanns "Encyclopedia of Industrial Chemistry", Fifth Edition, Volumen A, página 148.

La US-A 4 946 505 describe la fabricación de granulados de hollín y de pigmento para el coloreado de hormigón, que se fabrican mediante granulación por pulverización. El inconveniente de la granulación por pulverización consiste en que el hollín tiene que humectarse superficialmente con agua y se producen considerables costes debido al secado por evaporación del agua. Los procedimientos de prensado y de formación de briquetas quedan expresamente excluidos en la US-A 4 946 505.

La DE-A 4 336 548 y la DE-A 4 345 168 describen granulados de hollín, que se fabrican mediante la adición de cantidades considerables de agua a través de una prensa de matrices anulares, esferonizado subsiguiente y secado. En este caso se obtienen granulados con una proporción menor que el 1% de aglutinante.

La EP-A 0 370 490 describe escamas de hollín para el estampado, que se forman por compactado de hollín a una fuerza de compresión baja. El material contiene en parte, todavía, proporciones formadoras de polvo. Se indica que en el caso de fuerzas de compresión elevadas sufre la aptitud a la dispersión.

Se han dado a conocer por la EP-A 0 802 241 granulados de hollín, que presentan una intensidad de color relativa, con relación al polvo en el que están basados, de un 100% como máximo.

Los procedimientos existentes hasta el presente proporcionan un material que todavía no es satisfactorio o son energéticamente desfavorables debido al secado final.

Así pues existía la tarea de poner a disposición granulados de hollín que combinasen la estabilidad mecánica con una elevada intensidad de color, así como la presentación de un procedimiento técnicamente sencillo, económico, que suministrase tales granulados de hollín perfectamente dispersables, transportables y pobres en polvo.

Esta tarea se resuelve por medio de los granulados de hollín según la invención: el polvo de hollín se compacta, mediante la adición de agentes auxiliares, con una intensidad tal, y se granula a continuación, de manera que el cociente entre la densidad picnométrica y el peso a granel se encuentre comprendido entre 3,0 y 10, preferentemente entre 3,5 y 8. Los granulados obtenidos de este modo presentan, a pesar del compactado, sorprendentemente una intensidad de color mayor que la del polvo, en el que están basados.

Así pues el objeto de la invención es un procedimiento para la obtención de granulados de hollín, en el que se compacta dos o varias veces hollín con agentes auxiliares y se desmenuza para dar granulados, presentando los granulados, por regla general, un tamaño medio de partícula desde 0,3 hasta 2 mm, preferentemente desde 0,5 hasta 1,0 mm. El cociente entre la densidad picnométrica y el peso a granel del granulado obtenido según la invención se encuentra comprendido entre 3,0 y 10, preferentemente entre 3,5 y 8.

En la etapa de compactado se emplearon, preferentemente, fuerzas de compresión comprendidas entre 1 y 100 kN/cm, de forma especialmente preferente comprendidas entre 10 y 30 kN/cm. Las fuerzas de compresión pueden ser iguales en todas las etapas de compactado, sin embargo son, preferentemente, diferentes. Los espesores de la costra, alcanzables con estos aparatos de prensado se encuentran comprendidos preferentemente entre 1 y 5 mm, especialmente entre 1 y 3 mm. Como dispositivos de prensado son adecuados para el compactado también, por ejemplo, husillos, rodillos, prensas de puntales, prensas extrusoras con o sin dispositivos de ventilación... .

La granulación, que se lleva a cabo después de la etapa del compactado, tiene lugar preferentemente a modo de granulación por tamizado. En este caso puede separarse directamente por tamizado la parte de finos y reciclarse.

También puede ser ventajoso granular la parte de finos mediante una etapa subsiguiente, preferentemente por ejemplo mediante laminado ulterior sobre un plato giratorio o en un tambor giratorio.

La adición de agentes auxiliares líquidos aumenta el caudal y la fuerza de compresión bajo condiciones dadas para el compactado de manera que los granulados formados se vuelven más resistentes.

Medidas efectuadas con relación a la distribución del tamaño de las partículas muestran que cuando se utilizan fuerzas de compresión crecientes, evidentemente se rompen las estructuras del hollín. De manera correspondiente se observa también que los granulados fabricados según la invención presentan una mayor intensidad de color que las mezclas pulverulentas, correspondientes. El empleo de elevadas presiones y/o el compactado múltiple supone una mayor estabilidad del granulado y, según la invención, sorprendentemente una mayor intensidad de color, de manera simultánea.

Los tamaños de partícula de los granulados no son esenciales para la invención, por regla general están comprendidos entre 0,3 y 2 mm, preferentemente entre 0,5 y 1,0 mm. El cociente entre la densidad picnométrica y el peso a granel está comprendido entre 3,0 y 10, preferentemente entre 3,5 y 8.

Como productos auxiliares se emplean uno o varios aglutinantes y/o dispersantes. Los productos activos pueden ser sólidos o líquidos. Preferentemente se emplean aglutinantes líquidos del grupo formado por polioles, poliéteres, poliésteres, aceites, agua y soluciones acuosas de sales polímeras o melaza. Del mismo modo es preferente un agente dispersante del grupo formado por los sulfonatos de lignina y los condensados de naftalina-formaldehído.

La cantidad total de los agentes auxiliares está comprendida, usualmente, entre 0,1% en peso y 25% en peso, preferentemente 1 y 20% en peso y, de manera especialmente preferente, entre 3 y 15% en peso.

Los granulados obtenidos pueden recubrirse a continuación, para aumentar la estabilidad en una etapa adicional, con una capa delgada de un material del grupo formado por ceras, poliéter, poliésteres, poliolefinas y alcoholes polivinílicos. Además pueden añadirse conservantes y/o productos odorizantes.

Según el procedimiento de la invención no solamente se obtienen granulados con una buena aptitud al esparcido, sino que la intensidad relativa de color en el hormigón es mayor que la que era de esperar en base a la cantidad del material de partida empleado en forma pulverulenta.

Por lo tanto los granulados de hollín, según la invención, son adecuados de una manera especialmente buena para el coloreado de substratos, especialmente de hormigón, asfalto, materiales sintéticos así como pinturas y barnices.

Métodos para ensayar la aptitud a la dispersión de los granulados en los materiales de construcción

La aptitud a la dispersión en mortero de cemento (intensidad de color en primas de mortero) de los granulados correspondientes se determina en comparación con polvos normalizados.

Aparatos de trabajo

Aparato mezclador Toni con sistema electrónico de regulación

Recipiente mezclador (Fa. Toni-Technik)

Aparato para la medida del color (Minolta CR 310); tipo de luz C; 0º difusión con brillo, diafragma de iluminación 8 cm.

Receta de los morteros

1.200 g de arena de cuarzo 0,2 - 1 mm

600 g de arena de cuarzo 1 - 2 mm

200 g de harina de cal (5% en peso de residuo en el tamizado sobre un tamiz de 90 \mum)

500 g de cemento blanco (Dyckerhoff)

175 g de agua (valor WZ = 0,35)

6 g de granulado de pigmento.

Realización

Todos los componentes de la mezcla se disponen en primer lugar en el recipiente mezclador, sin agua, y se efectúa una mezcla previa en seco. A continuación se añade agua y a continuación cemento y la mezcla se agita durante 100 segundos.

Esta mezcla se dispone en un molde para prensa de acero y se prensa a 300 bares aproximadamente. Inmediatamente después del proceso de prensado se mide por colorimetría la pieza prensada húmeda, todavía en el molde, mediante aplicación del aparato para la medida del color. La medida se lleva a cabo en cuatro puntos de la pieza prensada.

Evaluación

La forma de trabajo, anteriormente descrita, se lleva a cabo tanto en la probeta de granulado como también en el correspondiente patrón de polvo a modo de referencia.

La determinación de la intensidad relativa de color de las muestras con el criterio de intensidad de color Y se llevó a cabo según DIN 55986/A.

El tamaño de las partículas se determinó en los granulados con ayuda de un Mastersizer S Malvern®.

Medida del tamaño de las partículas con el Mastersizer S Malvern

Para la dispersión de las substancias ensayadas se han utilizado dos procedimientos diferentes, que se diferencian con respecto a la intensidad del procedimiento de dispersión. Se alcanza una elevada energía de dispersión mediante el empleo de un sonotrodo de ultrasonidos con una potencia de entrada de 200 W. Se utilizó un sonotrodo de ultrasonidos de la Firma B.Braun Diesel Biotec de tipo ®Labsonic U. Se dispersan 500 mg del material por cada 50 ml de agua destilada durante 2 minutos con el sonotrodo de ultrasonidos en mezcla con la cantidad indicada de dispersante y de aditivo. Se utiliza un ajuste con una potencia de entrada de 200 W, colocándose a 0,5 el regulador de impulsos del sonotrodo. Se utilizan recipientes en forma de vaso con un diámetro de aproximadamente 45 mm y con una altura de 55 mm. El sonotrodo penetra aproximadamente 2 cm en la suspensión, tomándose precauciones para que la distancia hasta las paredes del recipiente sea lo más homogénea posible. La suspensión se vierte por completo en la cámara para la medida del aparato y se agita y bombea, durante la medida, respectivamente con el 50% de la potencia máxima. Una alternativa, para realizar energías de dispersión bajas consiste en el empleo de la cámara interna de ultrasonidos del aparato para la medida. En este caso se disponen 50 mg de la substancia a ser ensayada, en caso dado también junto con los aditivos indicados, en la cámara de ultrasonidos del aparato, llena con agua destilada. La intensidad de la potencia de los ultrasonidos se ajusta al 70%; la duración de la dispersión es de 2 minutos; el resto de los ajustes permanece inalterado. Se han dado los valores medios de la distribución en volumen (D[4,3]) y/o los valores en porcentaje de la distribución en volumen a 10, 50 y 90% (D[v, 0,1], D[v, 0,5] y D[v, 0,9]).

Análisis por tamizado con máquina tamizadora con chorro de aire

Aparato de trabajo:	Tamiz DIN-VA de 250 \mum (DIN-ISO 3310)
	Máquina tamizadora con chorro de aire; Rhewum tipo LPS 200 MC
	(tobera de 4 mm, 18 revoluciones por minuto,35 m^{3}/h de aire, tiempo de
	tamizado 1 minuto).

Realización:	Se disponen 20 g de la muestra a ser analizada sobre el tamiz y a
	continuación se efectúa la separación por tamizado con la máquina
	tamizadora.

Una vez terminado el tamizado se determina la masa de los granos remanentes y se determina la proporción en porcentaje por pesada.

Comportamiento a la descarga

El comportamiento a la descarga se determina según DIN 53 211 con un vaso de descarga (volumen de 1.000 ml, tobera de descarga de 6 mm).

A continuación se describe la invención mediante ejemplos que no significan ningún tipo de limitación.

Serie de ensayos 1

Se mezcló ®Frammru\beta 101 (producto comercial de la Firma Degussa) en un mezclador de brazo de arado (Firma Lödige, Paderborn) intensamente con cantidades variables de polietilenglicol ®PEG 400 (producto comercial de la Firma EC-Dormagen) y ligninosulfonato de amonio (producto comercial de la Firma Lignotec, Düsseldorf).

Estas mezclas se prensaron con 3 procesos de compactado o también se desgasificaron por medio de una prensa de vacío y se compactaron en una etapa con un aparato tipo CS25 de la Firma Bepex, Leingarten.

El material se tamizó a través de un separador de chatarra de la Firma Frewitt tipo MGI 314 con una anchura de malla de 1,5 mm y se separó de la parte de finos mediante un tamiz con una anchura de malla de 323 \mum de tipo ®Conflux de la Firma Siebtechnik, Mühlheim. Las condiciones del ensayo y los resultados se han reunido en la tabla 1 siguiente. Se obtuvieron granulados esparcibles, no generadores de polvo de forma irregular con una elevada intensidad relativa de color.

Serie de ensayos 2

Se prepararon mezclas de un negro de humo 101 como en la serie de ensayos 1 con cantidades de aplicación variables de productos auxiliares, se desgasificaron mediante una prensa de vacío y se prensaron por medio de un compactador CS 25 y de un husillo de compactado previo con una parte fuertemente cónica. Las condiciones del ensayo y los resultados se han reunido en la tabla 2. Cuando se utilizaron agentes auxiliares se obtuvieron granulados notables con una intensidad relativa de color mejorada.

A medida que aumenta la cantidad de los agentes auxiliares aumentan, tras el proceso de prensado, tanto la fuerza de compresión, que se establece, así como también el peso a granel, el rendimiento a la estabilidad y la intensidad relativa del color (tabla 2).

Ensayos comparativos

Con fuerzas de compresión bajas o bien sin agentes auxiliares, las densidades a granel permanecen bajas siendo menores los rendimientos y la intensidad relativa de color (tabla 2).

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(Tabla pasa a página siguiente)

1

2

Claims (18)

1. Procedimiento para la obtención de granulados de hollín, en el que el hollín se compacta en presencia de agentes auxiliares y se desmenuza para dar granulados, presentando los granulados un tamaño medio de las partículas desde 0,3 hasta 2 mm, preferentemente desde 0,5 hasta 1,0 mm, caracterizado porque el compactado se lleva a cabo dos o varias veces y el cociente entre la densidad picnométrica y el peso a granel está comprendido entre 3,0 y 10, preferentemente entre 3,5 y 8.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como agentes se emplean uno o varios aglutinantes y/o dispersantes en una cantidad total desde 0,1 hasta 25% en peso, preferentemente desde 1 hasta 20% en peso, especialmente desde 3 hasta 15% en peso.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque se emplea un aglutinante líquido elegido del grupo formado por polioles, poliéteres, poliésteres, aceites, agua y soluciones acuosas de sales polímeras o melazas.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se emplea un dispersante elegido del grupo formado por sulfonato de lignina y condensados de naftalina-formaldehído.

5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se aplican fuerzas de prensado comprendidas entre 1 y 100 kN/cm, preferentemente entre 5 y 50 kN/cm, especialmente entre 10 y 30 kN/cm.

6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se emplean aparatos de prensado en forma de husillo, rodillos, prensas de puntales o prensas extrusoras.

7. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el compactado se lleva a cabo en varias etapas de compactado con fuerzas de prensado respectivamente diferentes.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende dos etapas de compactado.

9. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque como etapas subsiguientes se lleva a cabo un tamizado.

10. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se granulan las fracciones separadas por tamizado.

11. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los granulados obtenidos se recubren con una capa delgada de un material elegido del grupo formado por ceras, poliéteres, poliolefinas y alcoholes polivinílicos.

12. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque además se añaden agentes conservantes y/o odorizantes.

13. Granulados de hollín compactados con una intensidad de color relativa, referido al polvo en el que están basados, mayor que el 100% medida según DIN 55986/A.

14. Granulados de hollín según la reivindicación 13, caracterizados porque presentan un tamaño medio de la partícula desde 0,3 hasta 2 mm, preferentemente desde 0,5 hasta 1,0 mm, y porque el cociente entre la densidad y el peso a granel está comprendido entre 30 y 10 mm, preferentemente entre 3,5 y 8 mm.

15. Granulados de hollín según las reivindicaciones 13 y 14, caracterizados porque se obtienen mediante un compactado que se lleva a cabo dos veces o que se lleva a cabo varias veces.

16. Granulados de hollín según las reivindicaciones 14 y 15, caracterizados porque contienen a modo de agentes auxiliares uno o varios aglutinantes y/o dispersantes en una cantidad total desde 0,1 hasta 25% en peso, preferentemente desde 1 hasta 20% en peso, especialmente desde 3 hasta 15% en peso.

17. Granulados de hollín según la reivindicación 16, caracterizados porque él o los aglutinantes están constituidos por substancias líquidas elegidas del grupo formado por polioles, poliéteres, poliésteres, aceites, agua y soluciones acuosas de sales polímeras o melazas.

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18. Granulados de hollín según la reivindicación 17, caracterizados porque los agentes dispersantes están constituidos por un producto elegido del grupo formado por sulfonatos de lignina y condensados de naftalina-formaldehído.