ES2372951B2 - Método de aglomeración de materiales carbonosos. - Google Patents
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Abstract
Método de aglomeración de materiales carbonosos
que comprende las etapas de:
- -
- Mezclar el material carbonoso con aceite girasol como aglomerante, hasta la formación de una pasta homogénea.
- -
- Agitar la mezcla y adicionar pequeñas cantidades de material carbonoso en polvo manteniendo la agitación de la mezcla.
- -
- Tamizar el material granular obtenido.
- -
- Tratar el material granular tamizado en aire a temperaturas superiores a 220ºC e inferiores a 270ºC.
- -
- Enfriar el material granular calentado y
- -
- Elevar la temperatura del material granular a temperaturas superiores a 400ºC en atmósfera seleccionada entre inerte o pobre en oxígeno.
Description
Método de aglomeración de materiales
carbonosos.
La presente invención se engloba dentro del
campo de los materiales carbonosos, y más en concreto,
procedimientos de aglomeración de materiales carbonosos.
Los carbones activos son materiales carbonosos
con una elevada porosidad y alta superficie específica que es la
responsable de su gran capacidad de adsorción. Esta capacidad de
adsorción también está influenciada por la presencia de grupos
funcionales (carbonilos, cetonas, lactonas, fenoles, éteres, etc.)
en la superficie del carbón. Prácticamente, cualquier sustancia con
un alto contenido en carbono puede ser una fuente potencial de
carbón activo.
Los carbones activos pueden clasificarse
atendiendo a su tamaño de partícula en dos grandes grupos: carbones
activos granulares y carbones activos en polvo. Los carbones activos
granulares se obtienen a partir de materias primas que dan lugar a
materiales de gran dureza, como la cáscara de coco o bien a partir
de material de menor dureza o en polvo mediante el uso de métodos de
aglomeración con resinas sintéticas, breas o alquitranes.
Tradicionalmente, los carbones activos
comerciales se han utilizado para la eliminación de compuestos
orgánicos en medios acuosos y gaseosos. Sin embargo, su alto precio
limita sus interesantes aplicaciones. La preparación de carbones
activos a partir de residuos, si bien genera materiales con menor
capacidad adsorbente, se presenta como una interesante alternativa
ya que supone la valorización de un residuo y su posible utilización
en las propias instalaciones generadoras del residuo.
La patente española ES2282056 describe la
utilización de lodos de destintado procedentes de la industria
papelera para la preparación de adsorbentes por tratamiento térmico
y la eliminación de metales pesados en disolución acuosa. Muchos de
estos materiales tienen una escasa resistencia mecánica por lo que
son necesarios métodos de aglomeración para formar materiales
carbonosos granulares del tamaño de partícula deseado y con una
mayor resistencia mecánica que aumente sus posibles
aplicaciones.
Son conocidos el uso de resinas sintéticas,
breas, alquitranes o compuestos inorgánicos (arcillas o alúminas)
como aglomerantes de los materiales carbonosos. Las breas y
alquitranes requieren un calentamiento durante la etapa de mezcla
con el material carbonoso seguida de una segunda etapa de
carbonización. Por otro lado, llevan asociados importantes problemas
medioambientales debido a la generación de hidrocarburos aromáticos
policíclicos durante su calentamiento. Las resinas sintéticas tienen
un coste elevado y en cuanto al uso de aglomerantes inorgánicos su
uso disminuye el contenido en carbono del material final.
El presente método de aglomeración de materiales
carbonosos tiene como principal novedad la utilización de aceite de
girasol como aglomerante. Este método permite aglomerar finos
carbonosos, especialmente carbones activos, sin necesidad de
utilizar resinas sintéticas, breas, alquitranes o aglomerante
inorgánicos (arcillas, cal o magnesia).
El procedimiento para la aglomeración de
materiales carbonosos en polvo, especialmente carbones activos,
comprende las siguientes etapas:
- -
- Mezclar el material carbonoso con aceite girasol, en una proporción de aceite que varía entre el 50% en peso y el 70% en peso dependiendo de la porosidad del material a aglomerar, hasta la formación de una pasta homogénea.
- -
- Introducir la pasta en un recipiente con fondo circular con sistema de agitación (entre 60 y 100 rpm) y adicionar pequeñas cantidades de material carbonoso en polvo manteniendo la agitación de la mezcla. Durante la agitación y a medida que se añade el material carbonoso se van formando partículas granulares de distinto tamaño dependiendo entre otros factores del tipo de material carbonoso, el tiempo y la velocidad de agitación. El porcentaje final de aceite de girasol en la mezcla varía entre un 20% en peso y un 50% en peso dependiendo de la porosidad y la capacidad de absorción de aceite del material a aglomerar.
- -
- Tamizar el material granular que se va formando con el tamiz de luz seleccionado, retornando a la mezcla las partículas de menor tamaño y desmenuzando las de tamaño de partícula mayor para su reutilización en el proceso.
- -
- Tratar el material carbonoso granular en aire a temperaturas superiores a 220ºC e inferiores a 270ºC, para la estabilización del material carbonoso, ya que a temperaturas inferiores a 220ºC quedan restos de aceite mientras que a temperaturas superiores a 270ºC muchas de las partículas se disgregan. El material obtenido es un material resistente pero con escasa porosidad, y
- -
- Finalmente realizar un tratamiento térmico del material carbonoso granular elevando la temperatura a temperaturas iguales o superiores a 400ºC en atmósfera inerte o pobre en oxígeno, que permite aumentar la estabilidad térmica del material y su superficie específica, en función de las aplicaciones a las que se quiera destinar el material carbonoso granular.
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Las ventajas de este procedimiento son las
siguientes:
- El uso del aceite girasol como aglomerante
permite que el método de aglomeración no requiera de calentamiento
durante la etapa de mezcla del material carbonoso con el aglomerante
ya que éste es aceite de girasol líquido a temperatura ambiente.
- La estabilización del material granular
aglomerado con aceite de girasol se realiza con aire.
- El tratamiento térmico posterior del material
granular en atmósfera inerte a temperaturas superiores a 400ºC
permite aumentar la estabilidad térmica del material y su superficie
específica, en función de las aplicaciones a las que se quiera
destinar el material carbonoso granular así preparado.
- Permite controlar las propiedades finales del
material (tamaño de partícula, estabilidad térmica y porosidad)
mediante pequeñas modificaciones en el proceso de preparación
(selección del tamaño de partícula por tamizado, selección de la
temperatura y tiempo de tratamiento térmico).
- Permite recuperar finos generados en los
procesos de preparación de carbones activos así como ampliar la
variedad de materias primas susceptibles de ser utilizadas en la
preparación de carbones activos granulares especialmente aquellas
que por tratamiento térmico dan lugar a materiales de escasa
dureza.
\vskip1.000000\baselineskip
Este procedimiento, en el sector de la
ingeniería medioambiental, supone un avance en la gestión de
residuos ya que por un lado permite la recuperación de finos de
materiales carbonosos generados durante los procesos de fabricación
de estos materiales y por otro lado, permite preparar carbones
activos granulares a partir de una gran variedad de materias primas
con alto contenido en materia orgánica (especialmente residuos como
lodos de depuradora, lodos de destintado de papel, neumáticos, etc.)
que por tratamiento térmico dan lugar a materiales carbonosos de
escasa resistencia mecánica y que sólo pueden utilizarse como
adsorbentes carbonosos en polvo.
En el área de la ingeniería de materiales, la
presente invención supone un avance en la aglomeración de materiales
carbonosos mediante el uso de aceite de girasol como aglomerante. El
método de preparación propuesto en la presente invención permite
controlar las propiedades finales del material (tamaño de partícula,
estabilidad térmica y porosidad) mediante pequeñas modificaciones en
el proceso de preparación.
El residuo papelero pirolizado tiene un pH de
8,1 y una superficie BET de 18,91 m^{2}/g. Se realizó una mezcla
de residuo pirolizado en polvo y aceite de girasol con una
proporción de aceite de 55% en peso para formar una pasta homogénea.
La mezcla se introdujo en un recipiente con fondo circular con
sistema de agitación sometido a un movimiento circular (90 rpm) y se
fue añadiendo material pirolizado hasta la formación de pellets.
Las pellets de material carbonoso granular
formadas se tamizaron entre 1 y 2,5 mm recuperando las partículas de
tamaño menor a 1 mm y disgregando las de diámetro mayor de 2,5 mm
para su reutilización.
El material se trató posteriormente en un horno
mufla a 250ºC durante 4 horas. Pasadas las 4 horas, el material se
dejó enfriar dentro del horno mufla. El rendimiento del proceso fue
del 73%. La distribución de tamaño de partículas de las pellets fue
la siguiente:
- 86,3% en peso > 1 mm de diámetro.
- 13,4% en peso < de 1 mm de diámetro y >0,5 mm de diámetro.
- 0,3% en peso < 0,5 mm de diámetro.
\vskip1.000000\baselineskip
El material así producido tiene una superficie
BET de tan solo 2,96 m^{2}/g y un pH de 6. Se trata de un material
insoluble en agua.
\newpage
El material se trató posteriormente a 600ºC
durante 2 horas en atmósfera pobre en oxígeno. El rendimiento del
proceso fue del 85% y la porosidad final del material de 55
m^{2}/g.
\vskip1.000000\baselineskip
Se pirolizó un lodo de depuradora a 600ºC
durante 2 horas. El material se pasó por un tamiz de 0,5 mm de
apertura, considerando como finos aquellos de tamaño inferior a 0,5
mm.
Se realizó una mezcla de finos de lodo
depuradora pirolizado y aceite de girasol con una proporción de
aceite de 55% en peso para formar una pasta homogénea. La mezcla se
introdujo en recipiente con fondo circular con sistema de agitación
sometido a un movimiento circular (90 rpm) y se fueron añadiendo
finos hasta la formación de pellets de material carbonoso granular.
Las pellets formadas se tamizaron entre 1 y 2,5 mm recuperando las
partículas de tamaño menor a 1 mm y disgregando las de diámetro
mayor de 2,5 mm para su reutilización.
El material se trató posteriormente en un horno
mufla a 250ºC durante 4 horas dejando enfriar el material final
dentro del horno mufla. El rendimiento del proceso fue del 91,44%.
El material así producido tiene una superficie BET inferior a 0,5
m^{2}/g y un pH de 6,3 siendo un material resistente e insoluble
en agua. El material se trató posteriormente a 600ºC durante 2 horas
en atmósfera pobre en oxígeno, la superficie BET del material
carbonoso granular final fue de 50,4 m^{2}/g y el pH es de
7,65.
\vskip1.000000\baselineskip
Se seleccionó un carbón activo comercial con una
superficie BET de 804 m^{2}/g y un pH=7. El material se aglomeró
con aceite de girasol. Se realizó una mezcla de carbón activo en
polvo y aceite de girasol con una proporción de aceite de 67% en
peso para formar una pasta homogénea. La mezcla se introdujo en un
recipiente con fondo circular con sistema de agitación sometido a un
movimiento circular (90 rpm) y se fue añadiendo material pirolizado
hasta la formación de pellets.
Las pellets formadas se tamizaron entre 1 y 2,5
mm recuperando las partículas de tamaño menor a 1 mm y disgregando
las de diámetro mayor de 2,5 mm para su reutilización.
El material se trató posteriormente en un horno
mufla a diferentes temperaturas comprendidas entre 200 y 275ºC. El
rendimiento disminuyó a medida que aumenta la
temperatura y el tiempo de
tratamiento, de manera que se observa que si el tratamiento se hace
a 270ºC el material final se disgrega fácilmente y el porcentaje de
finos es de
9,40%.
\vskip1.000000\baselineskip
Si el material CA+AG-250ºC/4
horas se deja enfriar y se trata posteriormente a 600ºC durante 2
horas en atmósfera inerte la superficie BET aumenta de 80.22 a
510.90 m^{2}/g.
\vskip1.000000\baselineskip
Se preparó un material adsorbente granular con
finos de lodo de depuradora pirolizado y aceite de girasol como
aglomerante, según se describe en el ejemplo 2. El material
carbonoso granular así preparado se utilizó en el tratamiento de
diferentes disoluciones acuosas.
- Se preparó una disolución de sulfato de cobre
de concentración 25 mgL^{-1} a pH=5. Se tomaron 25 mL de la
disolución y se añadieron 0.1 g del material adsorbente granular. La
mezcla se agitó durante 4 horas y posteriormente se filtró para
recuperar el material adsorbente. El porcentaje de cobre eliminado
fue del 45%.
- Se preparó una disolución de sulfato de cobre
de concentración 25 mgL^{-1} a pH=3. Se tomaron 25 mL de la
disolución y se añadieron 0.1 g del material adsorbente granular. La
mezcla se agitó durante 4 horas y posteriormente se filtró para
recuperar el material adsorbente. El porcentaje de cobre eliminado
fue del 44%.
- Se preparó una disolución de verde malaquita
de concentración 25 mgL^{-1} a pH=5. Se tomaron 25 mL de la
disolución y se añadieron 0.1 g del material adsorbente granular. La
mezcla se agitó durante 4 horas y posteriormente se filtró para
recuperar el material adsorbente. El porcentaje de verde malaquita
eliminado fue del 73%.
Claims (6)
1. Método de aglomeración de materiales
carbonosos caracterizado por que comprende las etapas de:
- -
- Mezclar el material carbonoso con aceite girasol hasta la formación de una pasta homogénea.
- -
- Agitar la mezcla y adicionar pequeñas cantidades de material carbonoso en polvo manteniendo la agitación de la mezcla.
- -
- Tamizar el material granular obtenido.
- -
- Tratar el material granular tamizado en aire a temperaturas superiores a 220ºC e inferiores a 270ºC.
- -
- Enfriar el material granular calentado y
- -
- Elevar la temperatura del material granular a temperaturas superiores a 400ºC en atmósfera seleccionada entre inerte o pobre en oxígeno.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método de aglomeración de materiales
carbonosos según reivindicación 1 caracterizado por que, se
mezcla el material carbonoso con aceite girasol en una proporción de
aceite que varía entre el 20% en peso y el 50% en peso.
3. Método de aglomeración de materiales
carbonosos según reivindicación 1 y 2 caracterizado por que
la mezcla de material carbonoso y aceite girasol se mezcla en un
recipiente con fondo seleccionado entre redondo o circular con
sistema de agitación.
4. Método de aglomeración de materiales
carbonosos según reivindicación 1 caracterizado por que la
agitación se realiza a una velocidad entre 60 y 100 rpm.
5. Método de aglomeración de materiales
carbonosos, según reivindicación 1 caracterizado por que el
material carbonoso es carbón activo en polvo.
6. Uso de materiales carbonosos aglomerados por
el método de aglomeración descrito en reivindicaciones
1-5 en el tratamiento de efluentes líquidos y
gaseosos.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201131857A ES2372951B2 (es) | 2011-11-18 | 2011-11-18 | Método de aglomeración de materiales carbonosos. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201131857A ES2372951B2 (es) | 2011-11-18 | 2011-11-18 | Método de aglomeración de materiales carbonosos. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2372951A1 ES2372951A1 (es) | 2012-01-30 |
| ES2372951B2 true ES2372951B2 (es) | 2012-05-21 |
Family
ID=45490653
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES201131857A Active ES2372951B2 (es) | 2011-11-18 | 2011-11-18 | Método de aglomeración de materiales carbonosos. |
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|---|---|
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL190448B1 (pl) * | 1999-03-10 | 2005-12-30 | Politechnika Wroclawska | Sposób wytwarzania węgli aktywnych o kształcie kulistym |
| WO2008058231A2 (en) * | 2006-11-08 | 2008-05-15 | Curators Of The University Of Missouri | High surface area carbon and process for its production |
-
2011
- 2011-11-18 ES ES201131857A patent/ES2372951B2/es active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2372951 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20120521 |