ES2615157B2 - Procedimiento de preparación de producto abrasivo - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un procedimiento de preparación de producto abrasivo y al producto abrasivo obtenido por dicho procedimiento, que comprende una mezcla de cenizas y escorias procedentes de la combustión de carbón. Así mismo, la presente invención divulga los usos y las ventajas que este producto abrasivo ofrece con respecto a otros productos del sector.

Description

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PROCEDIMIENTO DE PREPARACION DE PRODUCTO ABRASIVO
DESCRIPCION
SECTOR DE LA TECNICA
La presente invention se refiere a un procedimiento de preparation de producto abrasivo y al producto abrasivo obtenido por dicho procedimiento, que comprende una mezcla de cenizas y escorias procedentes de la combustion de carbon. Asi mismo, la presente invencion divulga los usos y las ventajas que este producto abrasivo ofrece con respecto a otros productos del sector.
ESTADO DE LA TECNICA
En el sector de los materiales abrasivos se conocen gran cantidad de elementos naturales utilizados para tal fin, como son el cuarzo, el granate, el esmeril o sinteticos como el oxido de aluminio - corindon, el carburo de silicio, el nitruro de boro cubico, igualmente son conocidas multiples tecnicas de aplicacion segun sean los abrasivos: flexibles, rigidos, semi- rigidos, o los abrasivos de vellon. Uno de los problemas que tienen este tipo de materiales es que provienen de la explotacion minera, por lo que generan altos costes, tanto para la obtencion de los sinteticos, como de los naturales.
Por ejemplo, en el caso de los abrasivos naturales, ademas del inconveniente de sus costes de fabrication, ya que el material hay que extraerlo de los yacimientos para ser manipulado adecuadamente, y dejarlo en condiciones de ser moldeado para conseguirse el producto deseado, provocan el deterioro medioambiental derivado de la explotacion de yacimientos minerales, ya que los vaciados producidos generalmente a nivel del suelo, nunca son nivelados.
Por otra parte, actualmente es conocido que cada ano son producidas un gran numero de toneladas de escorias y cenizas volantes resultantes de la combustion de carbon en calderas, pertenecientes a plantas generadoras electricas. De estos materiales de desechos es reutilizado solo una pequena parte, especialmente en granulos para techos. Otros usos se encuentran en la fabricacion de cemento y productos de hormigon y para el control de la nieve y el hielo, entre otros. Sin embargo, alrededor del 55 % de la escoria de carbon y poco
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mas del 20 % de las cenizas volantes de carbon se incorporan en productos utiles. La cantidad no utilizada genera desechos en vertederos, que resultan de dificil gestion posterior.
En el estado de la tecnica son conocidos algunas soluciones que intentar resolver esta problematica. Por ejemplo, la patente US 6746636 divulga la preparation de particulas esferoidales de ceniza o escoria de carbon adecuadas para su uso como abrasivos, mediante un procedimiento altamente consumidor de energia (temperatura entre 1000 - 1700 °C y presion aproximada de 700 mPa), ya que tanto las cenizas como la escoria se calientan hasta puntos cercanos a su fundicion para modificar la forma superficial de las mismas y poder obtener particulas esferoidales.
Otras realizaciones tecnicas divulgan por ejemplo el uso unicamente de escorias, molidas y/o fundidas, para ajustar el tamano de particulas a obtener, segun se describe por ejemplo en los documentos US 2907651 y US 2015101257.
Teniendo en cuenta lo anterior, los inventores de la presente invention consideran una necesidad aun no resuelta la utilization de los residuos de cenizas y escorias resultantes de los procesos de combustion del carbon, para disminuir sus elevados niveles de almacenamiento, empleandolos por ejemplo en la preparacion de un producto abrasivo adecuado para el tratamiento de materiales de diferentes durezas, empleando para ello un procedimiento que no requiere un elevado consumo energetico, y que ademas permite la obtencion de un producto abrasivo adecuado a las caracteristicas del material a tratar.
BREVE EXPLICACION DE LA INVENCION
La presente invencion consiste en un procedimiento de preparacion de un producto abrasivo y al producto abrasivo obtenido. Dicho producto abrasivo ofrece varias ventajas, en comparacion con los conocidos en el estado de la tecnica pertinente, destacando los siguientes aspectos:
- el 100 % del material empleado es material reciclado procedente de las cenizas volantes y escorias del carbon.
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- el reciclado de este material inorganico procedente del carbon reducira o evitara la formation de grandes balsas en las que es depositado habitualmente, afectando el medio ambiente.
- conlleva bajos costes de preparation, ya que las cenizas y las escorias resultan muy economicas, al provenir de centrales termicas cercanas, as! como evita gastar importantes cantidades de dinero para deshacerse de los mencionados solidos inorganicos.
- el producto abrasivo no requiere la adicion de aluminio-corindon, con la consiguiente ventaja economica que implica.
- una ventaja importante derivada del uso del producto objeto de la presente invention es que el material tratado con dicho producto tarda mucho en oxidarse.
- No cambia las condiciones metalograficas de los metales atacados.
- por ultimo, como una ventaja significativa del producto abrasivo objeto de la presente invencion es que posee gran versatilidad, ya que, segun el procedimiento de preparacion del mismo, el producto abrasivo puede adecuarse a las caracterlsticas de dureza que posee el material a tratar.
La presente invencion, en un primer aspecto, proporciona un procedimiento de preparacion de producto abrasivo que comprende ceniza y escorias procedentes de la combustion de carbon, caracterizado por las siguientes etapas:
a) enfriamiento de la escoria en un bano de agua que se encuentra a una temperatura de entre 50° - 70° C durante un tiempo de entre 10 - 60 minutos,
b) molienda de las partlculas de escorias para obtener tamanos de entre 70100mm,
c) enfriado a temperatura ambiente de las partlculas de escoria pasando por un conjunto de entre 1 a 5 cintas transportadoras,
d) mezclado de las partlculas de escoria de la etapa c) con las cenizas, durante un perlodo de 15 - 90 min,
e) obtencion del producto abrasivo.
El procedimiento descrito anteriormente posibilita la utilization y aprovechamiento de entre 27-30 toneladas de ceniza por dla y de entre 13-20 toneladas por dla de escoria.
De acuerdo a como se usa en la presente invencion, el termino "ceniza” se refiere, segun la norma espanola UNE-EN 450-1:2013, a un polvo fino con partlculas principalmente
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esfericas cristalinas, originadas por la combustion del carbon pulverizado, con o sin materiales de co-combustion, que tiene propiedades puzolanicas y que esta compuesto fundamentalmente de SiO2 y Al2O3.
Las cenizas, tambien conocidas como cenizas volantes, son preparadas previamente por metodos conocidos en el estado de la tecnica, por ejemplo, empleando un precipitador electrostatico, el cual es caracterlstico de las centrales termicas que utilizan carbon como combustible. La funcion del precipitador electrostatico o electrofiltro, consiste en la retention de las cenizas en suspension que existen en los gases resultantes de la combustion, para evitar que las mismas salgan con los gases a traves de la chimenea a la atmosfera. El precipitador electrostatico se basa en el principio de ionization, es decir, en el hecho de que en el interior de un campo electrico las partlculas de ceniza se cargan electricamente, para luego ser depositadas en electrodos colectores y de ahl removidas hacia tolvas colectoras del precipitador.
De acuerdo a como se usa en la presente invention, el termino “escoria” se refiere a los residuos esponjosos que quedan tras la combustion del carbon producidos por las centrales termicas que utilizan carbon como combustible para la production de energla electrica; tiene una densidad aproximada en seco de 1000 kg/m3.
De acuerdo a sus caracterlsticas, las diferencias mas destacables entre la ceniza y la escoria son:
1- El tamano. La escoria proporciona un amplio rango de tamanos de partlculas, las cuales pueden modificarse en la etapa de la molienda, oscilando entre 0.40 mm hasta 6 mm dependiendo las necesidades del producto abrasivo a obtener. El tamano de la ceniza no es superior a 0,045 mm.
2- La forma. La ceniza tiene forma esferica y las partlculas de escoria son angulares. Las caracterlsticas tecnicas mas importantes de un abrasivo para chorrear son la dureza, el tamano relativamente pequeno del grano y la estructura afilada de sus aristas, estos aspectos los proporciona la escoria, mientras que la ceniza proporciona un acabado mucho mas homogeneo al tener forma esferica; obteniendo un producto abrasivo de gran calidad y valor comercial.
3- El contenido. El aporte de hierro que brinda la escoria es muy importante para poder trabajar metales como el acero o el propio hierro. El aporte de aluminio tanto de la escoria como de la ceniza es muy importante a la hora de poder trabajar mas afondo
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los materiales y sus acabados siendo aconsejado para el uso en materiales blandos como el cobre, madera y e incluso el propio aluminio.
De acuerdo a como se usa en la presente invencion, el termino “materiales blandos” se refiere a aquellos materiales en los que facilmente se puede moldear o hacer cambios en su forma. En la presente memoria seran considerados materiales blandos los siguientes:
- Arena
- Plastico
- Madera y
- Laton (aleacion de cobre y cinc de color amarillento, muy ductil y maleable).
De acuerdo a como se usa en la presente invencion, el termino “materiales semi-blandos” se refiere a aquellos materiales en los que facilmente se puede moldear o hacer cambios en su forma, sin llegar a las especificaciones de los duros ni de los blandos. En la presente memoria seran considerados materiales semi-blandos los siguientes:
- Piedras
- Cobre (es ductil y maleable, por lo tanto, facil de trabajar)
- Aluminio (es ductil y funde a 660 °C, tiene una densidad de 2.7 g./cm3)
- Plomo (es ductil, maleable y muy pesado)
- Oro (buen conductor del calor y la electricidad, muy maleable y practicamente inalterable)
- Plata (buen conductor del calor y la electricidad, muy maleable y practicamente inalterable).
De acuerdo a como se usa en la presente invencion, el termino “materiales duros” se refiere a aquellos materiales en los que al intentar hacer rayaduras, perforaciones o cambios en su forma, es diflcil o casi imposible hacerlo. En la presente memoria seran considerados materiales duros los siguientes:
- Diamante
- Acero
- Hierro
La division o clasificacion anterior, teniendo en cuenta la dureza de los materiales, se basa en la conocida escala Mohs, creada bajo la premisa de que una sustancia puede rayar a otra, sin que suceda lo contrario. Para ello se han tomado como referencia diez minerales, a
los que se les asigno un determinado numero equiparable a su grado de dureza, estableciendo asl una escala creciente. Un ejemplo de escala Mohs es la siguiente:
Dureza
Material Composition quimica
1
Talco (se puede rayar facilmente con la una) Mg3Si4O1o(OH)2
2
Yeso (se puede rayar con la una con mas dificultad) CaSO4-2H2O
3
Calcita (se puede rayar con una moneda de cobre) CaCO3
4
Fluorita (se puede rayar con un cuchillo) CaF 2
5
Apatita (se puede rayar diflcilmente con un cuchillo) Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)
6
Feldespato (se puede rayar con una cuchilla de acero) KAlSi3O8
7
Cuarzo (raya el vidrio) SiO2
8
Topacio (raya a todos los anteriores) Al2SiO4(OH-,F-)2
9
Corindon (solo se raya mediante diamante) A^O3
10
Diamante (el mineral natural mas duro, rayado solo por otro diamante) C
5 Teniendo en cuenta lo anterior, los materiales teniendo una dureza, segun la escala Mohs, entre 1-2, son considerados blandos; los materiales teniendo una dureza, segun la escala Mohs, entre 3-5, son considerados semi-blandos y los materiales teniendo una dureza, segun la escala Mohs, entre 6-10, son considerados duros.
10 El producto abrasivo, objeto de la presente invencion, que comprende una mezcla de cenizas y escorias procedentes de la combustion de carbon, es adecuado para trabajar materiales con una dureza, segun la escala Mohs, de entre 1- 8. Cuando se trabajen materiales con una dureza de entre 1-7 Mohs, se realizara sin ningun tipo de restriction y empleando unos tiempos de tratamiento adecuados. Cuando se trabajen materiales con una 15 dureza comprendida entre 7-8 Mohs debera aumentar el tiempo de exposition del material a tratar con el producto abrasivo objeto de la presente invencion.
Los materiales tratados con el producto abrasivo pueden alcanzar diferentes grados o niveles de rugosidad. Para medir la rugosidad de las superficies se utilizan instrumentos
denominados rugosimetros, los cuales muestra la profundidad de la rugosidad media (Rz) y el valor de rugosidad medio (Ra) en pm, ofreciendo los resultados directamente en pantalla del dispositivo o como documentos graficos.
5 La siguiente tabla (Tabla 1) muestra los valores de rugosidad (Ra) con sus respectivos grados de rugosidad.
Tabla 1
Valores de rugosidad Ra
Numeros de grados de rugosidad
pm
ppulgadas
50
2000 N12
25
1000 N11
12,5
500 N10
6,3
250 N9
3,2
125 N8
1,6
63 N7
0,8
32 N6
0,4
16 N5
0,2
8 N4
0,1
4 N3
0,05
2 N2
0,025
1 N1
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En una realizacion particular de la presente invencion, un producto abrasivo que comprende entre un 61% - 95% en peso de escoria y un 5% - 39 % en peso de ceniza es adecuado para el tratamiento de materiales duros.
15 En otra una realizacion particular de la presente invencion, un producto abrasivo que comprende entre un 41% - 60% en peso de escoria y un 40%-- 59% en peso de ceniza es adecuado para el tratamiento de materiales semi-blandos.
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En otra una realization particular de la presente invention, un producto abrasivo que comprende entre un 5% - 40% en peso de escoria y un 60% - 95% en peso de ceniza es adecuado para el tratamiento de materiales blandos.
En una realization particular del procedimiento de preparation de producto abrasivo, objeto de la presente invention, las partlculas de escorias forman sobre las cintas transportadoras un manto de entre 50 - 200 mm de espesor, preferentemente un manto de entre 100 - 150 mm de espesor. De esta forma, la longitud del recorrido que hace el manto de partlculas de escorias sobre las cintas transportadoras, permiten un intercambio de calor que garantiza el enfriamiento de las mismas.
En una realization particular del procedimiento de preparation de producto abrasivo, objeto de la presente invencion, las cintas transportadoras tienen diferentes longitudes. En una realization mas particular, cada cinta transportadora tiene una longitud comprendida entre 50 - 250 m, y en su funcionamiento posee una velocidad de 15 km/h.
En una realization particular del procedimiento de preparation de producto abrasivo, objeto de la presente invention, la escoria, una vez molida hasta un tamano de partlcula determinado, se deja reposar una semana para que alcance la temperatura ambiente, pierda la humedad y se eviten problemas de apelmazamiento durante la etapa de mezclado con la ceniza.
En una realization particular del procedimiento de preparation de producto abrasivo, objeto de la presente invention, la etapa de mezclado se desarrolla a temperatura ambiente y con una humedad relativa de entre 30 % - 73 %. En una realization aun mas particular, dicha etapa de mezclado se realiza durante un perlodo de entre 30 - 60 min.
Finalmente se logra la obtencion del producto abrasivo final, que puede ser empaquetado, para su uso a granel, o bien en forma de piezas lijantes o discos cortantes.
En una realization particular del procedimiento de preparation de producto abrasivo, objeto de la presente invention, el producto abrasivo comprende entre un 25 % - 99 % en peso de escoria.
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En una realization particular del procedimiento de preparation de producto abrasivo, objeto de la presente invention, el producto abrasivo comprende entre un 1 % - 75 % en peso de ceniza.
En una realization particular de la presente invention, el producto abrasivo que comprende ceniza y escorias procedentes de la combustion de carbon, obtenido por el procedimiento descrito anteriormente comprende entre un 25 % - 99 % en peso de escoria. En una realization mas particular, el producto abrasivo comprende entre un 1 % - 75 % en peso de ceniza.
MODO DE REALIZACION DE LA INVENCION
Ejemplo 1. Procedimiento de preparacion de producto abrasivo.
A continuation, se describira en detalle la presente invention, la cual divulga un procedimiento de preparacion de producto abrasivo que comprende ceniza y escorias procedentes de la combustion de carbon, caracterizado porque transcurre en las siguientes etapas:
a) enfriamiento de la escoria en un bano de agua que se encuentra a una temperatura de 60° C durante un tiempo de 30 minutos. La banera en la que se introduce la escoria, posee un aporte continuado de agua frla, la cual se encuentra a una temperatura de 20° C, con el objetivo de mantener el bano de agua a la temperatura deseada, dado que la escoria llega al bano con una temperatura aproximada de 1300° C y al pasar por el bano de agua su temperatura disminuye, llegando a los 400° C aproximadamente.
b) molienda de las partlculas de escorias para obtener un tamano de partlcula de 100 mm. Para ello se emplea un triturador con dos rodillos dentados con una separation maxima de 100 mm entre diente y hueco. Despues de la reduction de temperatura en el bano de agua (etapa a), se extrae la escoria con un sistema de cadenas y regletas metalicas aproximando la escoria a un salto de 700 mm, que propiciara una partition de la escoria facilitando la molienda con los dos rodillos dentados.
c) enfriado a temperatura ambiente de las partlculas de escoria pasando por un conjunto de 5 cintas transportadoras. Para ello la escoria se deposita en cintas transportadoras ubicadas consecutivamente, formando un manto de 150 mm de espesor, y viaja en dichas cintas transportadoras a una velocidad constante de 15
km/h. Las cintas trasportadoras empleadas tienen las siguientes longitudes: primera cinta transportadora tiene una longitud de 50 m, segunda cinta transportadora tiene una longitud de 100 m, tercera cinta transportadora tiene una longitud de 200 m y la cuarta y la quinta cinta transportadora tiene una longitud cada una de 250 m. Todo 5 ello hace un recorrido de 850 m de longitud. Todo este proceso ocurre a temperatura
ambiente durante un tiempo de 4 min.
d) mezclado de las partlculas de escoria de la etapa c) con las cenizas, durante un perlodo de 30 min. Para ello se emplea una mezcladora de 2000 kg de capacidad, para alcanzar una total homogeneidad en el producto abrasivo.
10 e) obtencion del producto abrasivo, el cual se empaqueta para su uso posterior a granel.
Ejemplo 2. Producto abrasivo
15 A continuation, se indican diferentes productos abrasivos obtenidos por el procedimiento objeto de la presente invention, asl como su caracterizacion en cuanto a % en peso de escoria y ceniza.
Producto abrasivo 1 (PA1): 25 % de escoria + 75 % ceniza
20 Producto abrasivo 2 (PA2): 50 % de escoria + 50 % ceniza
Producto abrasivo 3 (PA3): 75 % de escoria + 25 % ceniza
Producto abrasivo 4 (PA4): 99 % de escoria + 1 % ceniza
Ejemplo 3. Analisis quimico de cenizas de diferentes productos abrasivos.
25
Compuestos
PA1 PA2 PA3 PA4
SiO2 (%)
44,09 44,68 43,52 44,03
Al2O3 (%)
22,01 21,85 20,8 20,46
Fe2O3 (%)
23,9 23,6 25,83 26,66
TiO2 (%)
0,74 0,74 0,72 0,71
CaO (%)
4,77 4,60 4,55 4,44
MgO (%)
1,56 1,45 1,35 1,25
Na2O (%)
0,25 0,26 0,23 0,22
K2O (%)
1,2 1,17 1,07 1,01
SO3 (%)
1,28 1,22 1,29 1,19
P2O5 (%)
0,18 0,16 0,16 0,13
MnO2 (%)
0,13 0,12 0,13 0,12
SrO (%)
0,06 0,06 0,06 0,05
BaO (%)
0,07 0,07 0,06 0,05
V2O5 (%)
0,22 0,06 0,13 0,07
Segun la tabla anterior, los resultados del analisis de la composition qulmica de los diferentes productos abrasivos obtenidos de acuerdo al procedimiento objeto de la presente invention, se demuestra la homogeneidad de las mezclas escoria-ceniza que comprende el 5 producto abrasivo obtenido, especialmente los aportes de Al2O3, Fe2O3 y la reduction de contenido de sllice.
Ejemplo 5. Tratamiento de diferentes materiales con producto abrasivo objeto de la presente invencion.
10
- Una superficie de 0,25 m2 de acero inoxidable ha sido tratada con un producto abrasivo que comprende 75 % en peso de escoria (3,75 kg) y 25 % en peso de ceniza (1,25 kg), logrando retirar una capa de pintura de coche, anteriormente proyectada en la misma, consiguiendo un grado de rugosidad de N6.
15 - Una superficie de 0,25 m2 de aluminio lacado ha sido tratada con un producto
abrasivo que comprende 50 % en peso de escoria (2,5 kg) y 50 % de ceniza en peso (2,5 kg), logrando retirar el lacado de la misma, consiguiendo un acabado de N6.
- Una superficie de 0,25 m2 de madera con barnices ha sido tratada con un producto abrasivo que comprende 25 % en peso de escoria (1,25 kg) y 75 % en peso de
20 ceniza (3,75 kg), logrando retirar la capa de barniz de dicha superficie de madera,
consiguiendo un acabado de N6.

Claims (1)

  1. 5
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    20
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    REIVINDICACIONES
    1- Procedimiento de preparation de producto abrasivo que comprende ceniza y escorias procedentes de la combustion de carbon, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
    a) enfriamiento de la escoria en un bano de agua que se encuentra a una temperatura de entre 50° - 70° C durante un tiempo de entre 10 - 60 minutos,
    b) molienda de las partlculas de escorias para obtener partlculas de tamanos de entre 100 - 150 mm,
    c) enfriado a temperatura ambiente de las partlculas de escoria pasando por un conjunto de entre 1 a 5 cintas transportadoras,
    d) mezclado de las partlculas de escoria de la etapa c) con las cenizas, durante un perlodo de 15 - 90 min,
    e) obtencion del producto abrasivo.
    2- Procedimiento de preparation de producto abrasivo de acuerdo a la revindication 1 caracterizado porque las partlculas de escorias forman sobre la cinta transportadora un manto de entre 50 - 200 mm de espesor.
    3- Procedimiento de preparation de producto abrasivo de acuerdo a la revindication 1 caracterizado porque las cintas transportadoras tienen diferentes longitudes.
    4- Procedimiento de preparation de producto abrasivo de acuerdo a la revindication 3 caracterizado porque cada cinta transportadora tiene una longitud comprendida entre 50 - 250 m.
    5- Procedimiento de preparation de producto abrasivo de acuerdo a la revindication 1 caracterizado porque la etapa de mezclado se desarrolla a temperatura ambiente y con una humedad relativa inferior a 73 %.
    6- Procedimiento de preparation de producto abrasivo de acuerdo a la revindication 1 caracterizado porque la etapa de mezclado se realiza durante un perlodo de entre 30-60 min.
    7- Procedimiento de preparation de producto abrasivo de acuerdo a la revindication 1 caracterizado porque el producto abrasivo comprende entre un 25% - 99 % en peso de escoria.
    5 8- Procedimiento de preparation de producto abrasivo de acuerdo a la revindication 1
    caracterizado porque el producto abrasivo comprende entre un 1 % -75 % en peso de ceniza.
    9- Producto abrasivo que comprende ceniza y escorias procedentes de la combustion de 10 carbon, obtenido por el procedimiento de acuerdo a la revindication 1, caracterizado
    porque comprende entre un 25% - 99 % en peso de escoria.
    10- Producto abrasivo de acuerdo a la revindication 9 caracterizado porque comprende entre un 1 % - 75 % en peso de ceniza.
    15
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