ES2616130T3 - Proceso para la obtención de carbonato de calcio precipitado - Google Patents

Proceso para la obtención de carbonato de calcio precipitado Download PDF

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Abstract

Un procedimiento para la preparación de un producto de carbonato de calcio precipitado el cual comprende las etapas de: (a) preparar una suspensión acuosa de cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado mediante la carbonatación de una suspensión de Ca(OH)2 en presencia de 0.005 a 0.030 moles de Sr, en la forma de Sr(OH)2, por mol de Ca(OH)2, (b) deshidratar y dispersar los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado preparados en la etapa (a) para obtener una suspensión acuosa de cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado que tiene un d50 de menos de o igual a 0.1 a 0.3 μm y un área superficial específica BET de 10 a 30 por m2/g, y (c) formar una suspensión acuosa de un producto de carbonato de calcio precipitado mediante la carbonatación de una suspensión de Ca(OH)2 en presencia de 0.5 a 5% en peso seco de los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado obtenidos en la etapa (b), en el que los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado tienen un d50 que es menor que el d50 del producto de carbonato de calcio precipitado y los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado tienen un contenido de polimorfo aragonítico mayor que o igual al producto de carbonato de calcio precipitado obtenido en la etapa (c) caracterizado porque la deshidratación de la etapa (b) se lleva a cabo mediante el uso de una prensa de tubo.

Description

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DESCRIPCION
Proceso para la obtencion de carbonato de calcio precipitado Campo de la invencion
La presente invencion consta de un metodo para producir carbonato de calcio precipitado que tiene un porcentaje en peso incrementado del polimorfo de cristal de aragonita.
Antecedentes de la invencion
En los ultimos anos el carbonato de calcio ha encontrado una amplia gama de usos en muchos campos. Por ejemplo, el carbonato de calcio es uno de los minerales mas ampliamente usados en las industrias del papel, plastico, pinturas y recubrimientos tanto como un relleno y debido a su color blanco, como un pigmento de recubrimiento. En la industria del papel el carbonato de calcio es valorado por su alto brillo, opacidad y lustre y es comunmente utilizado como relleno para fabricar papel opaco brillante. Ademas, el carbonato de calcio se utiliza frecuentemente como un extensor en pinturas y tambien es utilizado como un relleno en adhesivos y selladores. El carbonato de calcio de alta calidad tambien ha encontrado aplicaciones en las formulaciones de productos farmaceuticos.
Se sabe que el carbonato de calcio existe como tres tipos de cristal polimorfo: calcita, aragonita y vaterita. La calcita, el cristal polimorfo mas comun, se considera como la forma cristalina mas estable del carbonato de calcio. Menos comun es la aragonita, la cual tiene una estructura cristalina ortorrombica en forma de aguja individual o agrupada. La vaterita es el polimorfo mas raro del carbonato de calcio y es generalmente inestable.
Entre estas tres formas, la aragonita es particularmente util en una serie de aplicaciones, tales como relleno inorganico o recubrimiento de papel y debido a su estructura cristalina en forma de aguja ofrece una mejora en el grosor del papel y en su opacidad. Como resultado, la demanda de carbonato de calcio con un contenido alto de cristal de aragonita ha aumentado sustancialmente.
Generalmente, una manera de producir comercialmente el carbonato de calcio es mediante la calcinacion del carbonato de calcio en bruto para obtener cal viva. A continuacion se adiciona agua para producir una suspension acuosa de hidroxido de calcio ("lechada de cal") y el dioxido de carbono se reintroduce en esta suspension para precipitar el carbonato de calcio. El producto de este proceso es conocido como carbonato de calcio precipitado ("CCP"). La suspension acuosa resultante, o suspension, de carbonato de calcio se puede usar como esta o ser adicionalmente procesada (es decir, deshidratada, molida, etc.) para formar un producto seco. La reaccion de precipitacion es capaz de producir cada uno de los tres polimorfos (calcita, aragonita y vaterita) dependiendo de las condiciones exactas de reaccion utilizadas.
Los procesos del arte previo mas cercano para producir un producto de CCP con un mayor contenido de cristales aragonlticos generalmente han adoptado una serie de enfoques. En un primer enfoque, se han desarrollado procedimientos que utilizan aditivos, tales como las sales de estroncio, para promover la produccion del cristal aragonltico durante la carbonatacion que resulta con la formacion de CCP. Por ejemplo, la GB 2145074A divulga un procedimiento para producir un producto de carbonato de calcio precipitado de aragonita mediante la adicion de cloruro de estroncio (SrCh) durante la carbonatacion para actuar como un agente en la formacion de los cristales de aragonita.
El uso de compuestos de estroncio como aditivos en el proceso de carbonatacion para la preparacion de CCP se divulga tambien en los procesos de produccion de CCP de las siguientes publicaciones de patentes japonesas: JP63260815, JP59223225, JP5116936yJP1018911.
En un segundo enfoque, en los procesos se han utilizado cristales de siembra de aragonita para aumentar la formacion de cristales de aragonita. Por ejemplo, la GB 941900A ensena un procedimiento para producir carbonato de calcio aragonltico mediante la introduccion de una solucion de carbonato de sodio durante la carbonatacion. La referencia sugiere que la adicion de cristales de siembra de aragonita, con el procedimiento descrito, puede acelerar la produccion de cristales de aragonita.
Los procesos de produccion descritos anteriormente han mostrado el incrementar marginalmente el contenido total de cristales de aragonita en el producto de CCP. Sin embargo, estos procesos han sido generalmente incapaces de producir CCP con un contenido total de aragonltico mayor del 60%.
En la hoja de producto "Prensa de tubo " publicada por Metso Corp. en su pagina web se divulga la funcion de una prensa de tubo. Mas precisamente, se divulga que una prensa de tubo es una prensa de filtro tipo membrana disenada en formato cillndrico y capaz de funcionar a altas presiones de filtracion hasta 100 bar.
En el documento US 5,833,747 se divulga un metodo para la preparacion de un carbonato de calcio precipitado (CCP) para uso como pigmento en composiciones de recubrimiento de papel. El metodo comprende las etapas de (a) carbonatar un medio acuoso que contiene cal, para producir una suspension acuosa de un CCP predominantemente en una forma cristalina seleccionada, (b) deshidratar al menos parcialmente la suspension que 5 contiene CCP; y (c) someter la suspension que contiene CCP a trituracion mediante molienda de abrasion de alto cizallamiento con un medio de molienda de abrasion.
En el documento WO 2012/175490 se divulga un proceso para la produccion de carbonato de calcio precipitado. El proceso comprende las siguientes etapas: a) proporcionar un recipiente de reaccion que contiene una fase acuosa a una temperatura inicial; b) inyectar un compuesto generador de dioxido de carbono en la fase acuosa hasta que el 10 pH de la fase acuosa este en el rango de aproximadamente 5 a aproximadamente 7; y c) anadir posteriormente una suspension de hidroxido de calcio a una temperatura inicial al recipiente de reaccion mientras se continua la inyeccion del compuesto generador de dioxido de carbono, con el fin de obtener una suspension acuosa del carbonato de calcio precipitado.
Finalmente, el solicitante atrae la atencion hacia su propia solicitud de patente WO 2011/121065 que tambien 15 describe el uso de cristales de siembra de aragonita para incrementar la formacion de cristales de aragonita. Despues de la formacion de los cristales de siembra de aragonita, la suspension acuosa de cristales de siembra se somete a un tratamiento posterior que consiste en una etapa de deshidratacion y de molienda antes de que los cristales de siembra sean utilizados para la formacion del producto final de CCP aragonltico. Sin embargo, el uso de una etapa de molienda es alta en el consumo de energla y por lo tanto hace que la produccion del producto de CCP 20 aragonltico sea cara.
Por lo tanto, todavla existe la necesidad de un proceso de bajo costo para la produccion de CCP que contenga cantidades aumentadas del polimorfo aragonltico.
Breve descripcion de la invencion
La presente invencion proporciona un proceso para producir a un bajo costo un material que contenga CCP, donde 25 en un porcentaje mayor del 60% y preferiblemente mayor del 70%, relativo al CCP en el material que comprende CCP, es del polimorfo aragonltico. En su forma general, la presente invencion cumple estos requisitos mediante la utilizacion de un proceso de fabricacion de tres etapas. En la primera etapa, una suspension acuosa de cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado puede formarse mediante la carbonatacion de una suspension de Ca(OH)2 en presencia de 0.005 a 0.030, o mas preferiblemente, de 0.01 a 0.02 moles de estroncio, en la forma de 30 Sr(OH)2, por mol de Ca(OH)2 antes de la carbonatacion. En la segunda etapa, los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado preparados en la etapa (a) se deshidratan y se dispersan para obtener una suspension acuosa de cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado con un d50 de menos de o igual a 0.1 a 0.3 pm y con un area superficial especlfica BET de 10 a 30 m2/g. La deshidratacion se lleva a cabo mediante el uso de una prensa de tubo. En la tercera etapa, una suspension acuosa de producto de carbonato de calcio precipitado puede 35 formarse mediante la carbonatacion de una suspension de Ca(OH)2 en presencia del 0.5 a 5% en peso seco de los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado obtenidos en la etapa (b). Los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado tienen un d50 que es menor que el d50 del producto de carbonato de calcio precipitado y los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado pueden tener un contenido de polimorfo aragonltico igual o mayor que el producto de carbonato de calcio precipitado. Como se discutira en los ejemplos 40 siguientes, el producto de este proceso de tres etapas supera las deficiencias de los procesos de produccion de CCP anteriores y logra el deseado aumento en el porcentaje en peso total del polimorfo aragonltico en el producto final.
Objetos adicionales de la invencion seran evidentes a partir de la descripcion siguiente.
Dibujos
45 La Figura 1 es un diagrama que muestra brevemente la ruta del proceso del arte previo para la produccion de un producto de CCP-A. Segun el procedimiento del arte previo, despues de la produccion de cristales de siembra de CCP-A estos se deshidratan a traves de una centrlfuga y luego se someten a una etapa de molienda y desaglomeracion. Luego, en un paso adicional, los cristales de siembra de CCP-A molidos y desaglomerados son usados para la precipitacion del producto CCP-A.
50 La Figura 2 es un diagrama que muestra brevemente la ruta del proceso de la presente invencion para la produccion de un producto de cCP-A. De acuerdo con el procedimiento de la invencion, los cristales de siembra de CCP-A solamente se someten a una etapa de deshidratacion por una prensa de tubo. Luego, en un paso adicional, los cristales de siembra de CCP-A deshidratados se utilizan para la precipitation del producto de CCP-A mediante la carbonatacion de una suspension de hidroxido de calcio con CO2 gaseoso en presencia de los cristales de 55 siembra de CCP-A.
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Description detallada de la invention
Como se discutio anteriormente, el CCP tlpicamente se fabrica a traves de la carbonatacion de la cal hidratada. En este proceso, el carbonato de calcio triturado es calcinado primero (calentado) para formar cal (CaO) y dioxido de carbono gaseoso (CO2). Esta reaction se muestra en la reaction (1):
(1) CaCO3 —— CaO + CO2
Despues la cal es apagada con agua para formar hidroxido de calcio (Ca(OH)2), o lechada de cal, lo que se muestra en la reaccion (2):
(2) CaO + H2O — Ca(OH)2
Finalmente, el hidroxido de calcio se combina con el dioxido de carbono (usualmente capturado durante la etapa de calcination) para precipitar carbonato de calcio. Esta etapa de carbonatacion se muestra en la reaction (3):
(3) Ca(OH)2 + CO2 — CaCO3 + H2O
De acuerdo con la presente invention, un producto de carbonato de calcio precipitado se prepara en un proceso de tres etapas. En la primera etapa, una suspension acuosa (o suspension) de cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado es preparada mediante la carbonatacion de una suspension de Ca(OH)2 en presencia de 0.005 a 0.030, o preferiblemente de 0.01 a 0.02 moles de estroncio, en la forma de Sr(OH)2, basado en las moles de Ca(OH)2 antes de la carbonatacion. El Sr(OH)2 se puede introducir a traves de la cal de la suspension de Ca(OH)2 o preferiblemente se puede formar in situ mediante la adicion de minerales compuestos de SrO durante el apagado y/o la carbonatacion. Donde el Sr(OH)2 se forma in situ por la adicion de minerales compuestos de SrO, estos minerales pueden obtenerse, preferiblemente, mediante la calcination de minerales compuestos de SrCO3 o de piedras en bruto de estroncianita cruda.
Los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado obtenidos de acuerdo con el proceso de la presente invention se caracterizan por un contenido de polimorfo aragonitico mayor o igual que el contenido de polimorfo aragonitico del producto de carbonato de calcio precipitado producido en la segunda etapa. Especlficamente, en el proceso de la presente invention, la solution acuosa de cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado puede tener un contenido de polimorfo aragonitico mayor del 85%, preferiblemente del 90% o lo mas preferiblemente, del 95% en peso seco. El porcentaje en peso seco, tal como se describe en el presente documento, se determina mediante un analisis de difraccion de rayos x (XRD).
Los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado producidos durante la primera etapa del proceso de fabrication se caracterizan ademas por un tamano medio de partlcula d50 que es menor que el tamano medio de partlcula d50 del producto de carbonato de calcio precipitado. A traves del presente documento, el "tamano de partlcula" de un producto de carbonato de calcio es descrito por su distribution de tamano de partlcula. El valor dx representa el diametro relativo al cual x% en peso de las partlculas tienen diametros menores que dx. Esto significa que el valor d20 es el tamano de partlcula en el que 20% en peso de todas las partlculas son mas pequenas, y el valor de d75 es el tamano de partlcula en el que 75% en peso de todas las partlculas son mas pequenas. El valor d50 es, pues, el tamano medio de partlcula en peso, es decir, 50% en peso de todos los granos son mas grandes o mas pequenos que este tamano de partlcula. Para determinar el valor d50 medio en peso del tamano de partlcula, se puede utilizar un dispositivo de Sedigraph 5100 de la companla Micromeritics, EE.UU.
En la segunda etapa, los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado preparados en la etapa (a) son deshidratados y dispersados para obtener una suspension acuosa de cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado con un dsa menor o igual al rango de 0.1 a 0.3 pm y un area superficial especlfica BET de 10 a 30 m2/g. El area superficial especlfica BET (tambien designada como aSe) se determino segun la norma ISO 9277 utilizando un Tristar II 3020 vendido por la empresa MICROMERITICS™ y midiendo la absorcion de nitrogeno segun el procedimiento BET en una muestra seca.
La deshidratacion en este paso se lleva a cabo mediante una prensa de tubo. Una prensa de tubo es un filtro prensa de tipo membrana que es capaz de funcionar a presiones altas de filtration de hasta 100 bar o superiores. El uso de estas altas presiones permite un mayor grado de separation de las fases llquidas y solidas. Los principios de funcionamiento de una prensa de tubo son los siguientes:
La filtration se lleva a cabo entre dos cilindros concentricos. El cilindro exterior es la carcasa y el interior, la vela. La suspension en proceso se bombea dentro del espacio anular que queda entre el medio filtrante y la vejiga. El fluido hidraulico, por lo general agua, se bombea a continuation, entre la vejiga y la carcasa poniendo presion sobre la suspension y provocando la filtration. Cuando la filtration se ha completado el fluido hidraulico es retirado de la unidad de tubo utilizando vaclo hasta que la vejiga se dilata contra la carcasa. A continuation se baja la vela a la
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posicion de descarga y se sopla un chorro de aire entre la vela y el medio filtrante. Esto provoca que la tela del filtro se expanda, rompiendo la torta de filtrado que se descarga por gravedad. Una vez descargada, la vela se cierra a la posicion de llenado de suspension para repetir el ciclo.
Comparado con el proceso descrito en el documento WO 2011/121065 y usando una etapa de deshidratacion en combinacion con una etapa de molienda, el presente proceso que utiliza solo una etapa de deshidratacion mediante el uso de una prensa de tubo tiene las siguientes ventajas:
En primer lugar hay un ahorro en los costos debido a que el proceso propuesto no hace uso de una etapa de molienda de alto consumo de energla.
Otra razon es que la etapa de molienda en el documento WO 2011/121065 se utiliza para desaglomerar los cristales de CCP aragonltico obtenidos, que se obtuvieron despues de la reaccion de carbonatacion en forma de aglomerados. Sin embargo, la molienda de los cristales de CCP tiende a liberar la cal que esta atrapada dentro del aglomerado como una parte del CCP lo que conduce a un aumento de la viscosidad de la suspension de CCP y a un aumento en el pH. Este ultimo, es decir, el aumento del pH, es en particular no deseado cuando el producto final va a ser utilizado en la industria de fabricacion de papel. Los inventores de la presente invention han sorprendentemente encontrado que el inconveniente que esta asociado con el uso de una etapa de molienda puede ser eliminado mediante el uso de una prensa de tubo y al mismo tiempo obtener cristales de CCP aragonlticos desaglomerados.
La deshidratacion de la etapa (b) se lleva a cabo bajo una presion en el rango de 50 a 150 bar, preferiblemente bajo una presion en el rango de 60 a 120 bar, y mas preferiblemente bajo una presion en el rango de 80 a 100 bar.
La temperatura inicial de la deshidratacion esta en el rango de 15 a 80°C, preferiblemente a una temperatura inicial en el rango de 20 a 70°C, y mas preferiblemente a una temperatura inicial en el rango de 30 a 60°C.
El producto obtenido despues de la deshidratacion, usualmente una torta, tiene preferiblemente un contenido de solidos en el rango de 60 a 85%, basado en el peso de la torta.
Despues de la deshidratacion, la torta obtenida de CCP aragonltico se dispersa utilizando agentes dispersantes comunes para obtener una suspension acuosa de cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado con un d50 menor o igual a 0.1 a 0.3 pm y un area superficial especlfica BET de 10 a 30 m2/g, la cual se utiliza en la tercera etapa del presente procedimiento. Los agentes dispersantes preferidos se basan en el acido poliacrllico. La dispersion se puede realizar mediante el uso de cualquier medio adecuado y preferiblemente se lleva a cabo mediante el uso de un dispersor de alto corte.
La suspension acuosa de los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado obtenida despues de la etapa (b), es decir, despues de la deshidratacion y la dispersion tiene un pH menor o igual a 9, y preferiblemente en el rango de 8.5 a 9.
En la tercera etapa del proceso de la presente invencion, una suspension acuosa del producto de carbonato de calcio precipitado se forma mediante la carbonatacion de una suspension de Ca(OH)2 en presencia de 0.5 a 5% en peso seco de los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado obtenidos de la primera etapa del proceso de production. A este respecto, los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado se pueden anadir a la suspension de Ca (OH)2 antes de la carbonatacion del producto de carbonato de calcio precipitado. Alternativamente, los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado se pueden anadir a la suspension de Ca(OH)2 dentro de la primera cuarta parte del tiempo total de carbonatacion. En el sentido de la presente invencion, el tiempo total de carbonatacion pretende abarcar el perlodo comprendido desde el inicio del proceso de carbonatacion hasta el punto en la reaccion de carbonatacion, donde la medida de la conductividad electrica de la mezcla de reaccion alcanza un mlnimo.
El proceso descrito en este documento es capaz de producir un producto de carbonato de calcio precipitado que tiene un contenido de polimorfo aragonltico mayor del 60% en peso seco y preferiblemente, mayor del 70% en peso seco tal como se determina mediante un analisis de XRD. Ademas, el producto de carbonato de calcio precipitado producido en la segunda etapa, preferiblemente tiene una cantidad de estroncio total de 1 a 5 moles/tonelada metrica seca.
Tambien esta dentro de los llmites de la presente invencion que el producto de carbonato de calcio precipitado obtenido en la tercera etapa puede ser sometido a etapas de deshidratacion y dispersion adicionales para obtener un producto de carbonato de calcio precipitado que tenga las caracterlsticas deseadas. Preferiblemente, el producto de carbonato de calcio precipitado obtenido en la tercera etapa puede ser sometido a un procesamiento adicional para obtener un tamano de partlcula medio en peso d50 de entre 0.30 y 0.45 pm y una aSe BET de entre 8 y 20 m2/g.
Por ultimo, el producto de carbonato de calcio precipitado aragonltico producido de acuerdo con la presente invencion se puede utilizar en diversos materiales en los cuales es deseable el uso de carbonato de calcio como relleno o como un pigmento de recubrimiento. Por ejemplo, el producto de carbonato de calcio precipitado aragonltico puede ser usado en el campo farmaceutico en productos tales como medicamentos, en los productos 5 alimenticios para humanos o para animales, en el campo de la fabrication de papel como un relleno o recubrimiento de papel, en pinturas base-agua o no base-agua, en plasticos o pollmeros, o en las tintas para impresion (por ejemplo, impresion offset, impresion flexografica y de rotograbado).
La Tabla 1 muestra una comparacion de las propiedades de los productos obtenidos por la presente invencion con los obtenidos utilizando el procedimiento de la tecnica anterior.
10 Tabla 1
Ejemplo
Ej. Comp. 1 Ej. Comp. 2 Ej. 1 Ej2 Ej. 3
IN = Invencion/ AP = arte previo
AP AP IN IN IN
Cristales
Carbonatacion Sr(OH)2.8H2O 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0
de siembra
[% en peso]
de CCP-A
ASE [m2/g] 15.6 13.7 14.9 13.7 17.3
d50 [pm] 1.17 0.99 0.91 0.99 1.02
Aragonita [%] 97.4 98.2 98.5 98.2 98.7
Post-procesamiento ASE [m2/g] 26.6 22.3 20.5 18.2 23.3
d50 [pm] 0.22 0.21 0.21 0.21 0.21
Producto
Carbonatacion Cristales de 1.5 1.0 1.5 1.0 1.0
de CCP-A
siembra de
CCP-A [% en peso]
ASE [m2/g] 9.2 8.0 9.2 9.4 9.5
d50 [pm] 1.37 1.37 1.21 1.22 1.12
Aragonita [%] 86.1 88.1 87.3 83.8 92.0
Post-procesamiento ASE [m2/g] 13.1 11.6 12.4 9.6 14.1
d50 [pm] 0.36 0.34 0.37 0.42 0.31
Ejemplos
Metodos de medicion:
Medicion del pH
15 El pH se mide a 25 °C utilizando un medidor de pH Mettler Toledo Seven Easy y un electrodo de pH Mettler Toledo InLab® Expert Pro. Una calibration de tres puntos (de acuerdo con el metodo del segmento) del instrumento se hizo usando primero las soluciones tampon disponibles comercialmente, que tienen valores de pH de 4, 7 y 10 a 20 °C (de Aldrich). Los valores de pH reportados son los valores de punto final detectado por el instrumento (el punto final es cuando la senal medida difiere en menos de 0.1 mV del promedio de los ultimos 6 segundos).
20 Area superficial especlfica BET (ASE)
El area superficial especlfica BET (tambien designada como ASE) se determino segun la norma ISO 9277 utilizando un Tristar Ii 3020 comercializado por la companla MICROMERITICS™ .
La distribucion del tamano de partlcula (% de masa de las partlculas con un diametro <x pm) y el diametro medio de partlcula en peso (dso) del material en partlculas (d5o (pm))
5 Sedigraph™ 5100
El diametro medio de partlcula en peso y la distribucion de masa del diametro de partlcula de un material en partlculas se determinaron mediante el metodo de sedimentacion, es decir, un analisis del comportamiento de sedimentacion en un campo gravimetrico. La medicion se realizo utilizando un Sedigraph™ 5120 comercializado por la companla MICROMERITICS™ .
10 El metodo y el instrumento son conocidos por el experto en la materia y son comunmente utilizados para determinar el tamano de partlcula de rellenos y pigmentos. La medicion se lleva a cabo en una solucion acuosa de 0.1% en peso de Na4P2O7. Las muestras fueron dispersadas usando un agitador de alta velocidad y ultrasonido.
Peso de los solidos (% en peso) de un material en suspension
El peso de los solidos (tambien llamado contenido de solidos de un material) se determino dividiendo el peso del 15 material solido entre el peso total de la suspension acuosa. El contenido de solidos en peso se determino a 160°C usando un analizador de humedad MJ 33 de Mettler Toledo.
El peso del material solido se determino pesando el material solido obtenido por medio de la evaporacion de la fase acuosa de la suspension y secando el material obtenido hasta un peso constante.
Ejemplos comparativos
20 Ejemplo comparativo 1
Etapa 1: cristales de siembra de CCP-A
200 kg de cal viva CaO (suministrados por Tagger Lime, Golling, Austria) fueron apagados anadiendo tal compuesto a 1400 litros [seguramente no 1.4 (00) litros.] de agua corriente a 50°C en un reactor con agitacion. La cal viva fue apagada durante 30 minutos bajo una agitacion continua y la suspension resultante de hidroxido de calcio ("lechada 25 de cal") se ajusto al 14% de contenido de solidos diluyendola con agua a 60°C y luego se tamizo en una malla de 100 pm.
La precipitacion de los cristales de siembra de CCP-A se llevo a cabo en un reactor cillndrico de acero inoxidable de 2000 litros equipado con bafles, un agitador, un tubo de carbonatacion de acero inoxidable para dirigir una corriente gaseosa de dioxido de carbono/aire hacia el impulsor y sondas para monitorear el pH y la conductividad de la 30 suspension. Los 1600 litros de la suspension de hidroxido de calcio obtenida anteriormente en la etapa de apagado, se ajustaron a una temperatura de 60°C y se anadieron al reactor de carbonatacion. A continuacion, 5.0% en peso de Sr(OH)28H2O (basado en el peso seco del hidroxido de calcio) se anadio a la lechada de cal antes de la carbonatacion. Despues, una corriente de gas de 20% en volumen de CO2 en aire se burbujeo hacia arriba a traves de la suspension a una velocidad de 200 m3/h bajo una agitacion de 240 rpm. La fraccion de volumen de CO2 y la 35 tasa del flujo de gas se mantuvieron a esta velocidad hasta el final de la reaccion. Durante la carbonatacion, la temperatura de la mezcla de reaccion no fue controlada y se permitio que aumentara debido al calor generado en la reaccion exotermica de precipitacion. Despues de que la conductividad alcanza un mlnimo, que corresponde con la conversion total de Ca(OH)2 en CCP, la gasificacion se continuo por otros 10 minutos antes de que se detuviera la introduccion del gas. El tiempo de carbonatacion, calculado desde el inicio de la introduccion del gas hasta el tiempo 40 de conductividad minima, fue de 84 minutos. Despues, la suspension de cristales de siembra de CCP-A se tamizo en una malla de 45 pm, y el producto filtrado se recupero como una suspension acuosa de cristales de siembra de CCP-A. La carbonatacion de los cristales de siembra de CCP-A con la adicion de 5.0% en peso de Sr(OH)28H2O produjo una suspension de cristales de siembra de CCP-A teniendo un 97.4% de aragonita y un pH de 10.
Se realizo un procesamiento posterior de la suspension de cristales de siembra de CCP-A. En particular, el material 45 fue deshidratado y molido para producir partlculas que tienen un ASE de 26.6 m2/g y un diametro medio d50 de 0.22 pm.
Etapa 2: producto de CCP-A
5
10
15
20
25
30
35
El apagado y la carbonatacion se realizaron en la misma manera que se describio en la Etapa 1, excepto que no se anadio Sr(OH)2-8H2O y el 1.5% en peso (calculado como carbonato de calcio seco basado en el peso seco de hidroxido de calcio) de la molienda de cristales de siembra de CCP-A formada en la Etapa 1 se anadio a la lechada de cal antes de la carbonatacion. Las pruebas realizadas sobre el producto final de CCP-A indicaron que 86.1% del producto era del cristal de aragonita. Ademas, el procesamiento posterior se llevo a cabo mediante el uso de una prensa de tubo para producir partlculas que tienen un ASE de 13.1 m2/g y un diametro medio d50 de 0.36 pm.
Ejemplo comparative 2
Etapa 1: cristales de siembra de CCP-A
El ejemplo comparativo 2 difiere del ejemplo comparativo 1 solo en la cal viva utilizada. En este ejemplo, fueron utilizados 200 kg de cal viva de la companla Mississippi Lime Co., Ste. Genevieve, MO.
El apagado y la carbonatacion de la cal viva se realizaron de la misma manera que se describe en la etapa 1 del ejemplo comparativo 1.
Se realizo un procesamiento posterior de la suspension de cristales de siembra de CCP-A. En particular, el material fue deshidratado y molido para producir partlculas que tienen un ASE de 22.3 m2/g y un diametro medio d50 de 0.21 pm.
Etapa 2: producto de CCP-A
El apagado y la carbonatacion se realizaron de la misma manera que se describe en la etapa 2 del ejemplo comparativo 1, con la excepcion de que 1.0% en peso de los cristales de siembra molidos de CCP-A formados en la etapa 1 se anadieron a la lechada de cal antes de la carbonatacion. Las pruebas realizadas sobre el producto final de CCP-A indicaron que 87.7% del producto era del cristal aragonltico. Ademas, el procesamiento posterior se llevo a cabo mediante el uso de una prensa de tubo para producir partlculas que tienen un ASE de 11.6 m2/g y un diametro medio d50 de 0.34 pm.
EJEMPLOS ORIGINALES
Ejemplo 1
Etapa 1: cristales de siembra de CCP-A
El apagado y la carbonatacion se realizaron de la misma manera que se describe en la etapa 1 del ejemplo comparativo 1.
Etapa 2: procesamiento posterior
El procesamiento posterior de la suspension de cristales de siembra de CCP-A se llevo a cabo de la siguiente manera:
Cerca de 0.3 m3 de la suspension obtenida en la etapa 1 se transfirieron a una prensa de tubo de la serie 500 SC de Metso Minerals.
Los ajustes de la prensa de tubo fueron los siguientes:
Presion de alimentacion de la suspension: 9 bar
Presion baja: 20 bar
Tiempo de la presion baja: 120 seg
Presion alta: 100 bar
Tiempo de la presion alta: 60 seg
Temperatura de llenado: 31°C
5
10
15
20
25
30
35
40
La torta obtenida despues de la deshidratacion con la prensa de tubo mostro un contenido de solidos de 68% en peso.
A continuacion, la torta se volvio a dispersar utilizando 1.3% en peso de un agente dispersante comun base poliacrllico utilizando un dispersor de alto corte. Las partlculas obtenidas tuvieron un ASE de 20.5 m2/g, un diametro medio d50 de 0.21 pm y un pH de 8.9.
Etapa 3: producto de CCP-A
El apagado y la carbonatacion se realizaron de la misma manera que la descrita en la etapa 2 del ejemplo comparativo 1, excepto que no se adiciono Sr(OH)28H2O y el 1.5% en peso (calculado como carbonato de calcio seco basado en el peso seco de hidroxido de calcio) de los cristales de siembra de CCP-A formado en la etapa 2 se adiciono a la lechada de cal antes de la carbonatacion. Las pruebas realizadas sobre el producto final de CCP-A indicaron que 87.38% del producto era de la forma cristalina de aragonita.
Aunque no era requerido en este ejemplo, el procesamiento posterior de la suspension de cristales de siembra de CCP-A se llevo a cabo de la misma manera que se describe en la etapa 2 anterior. Las partlculas obtenidas tuvieron una ASE de 12.4 mP/g y un diametro medio d50 de 0.37 pm.
Ejemplo 2
Etapa 1: cristales de siembra de CCP-A
El apagado y la carbonatacion se realizaron de la misma manera que la descrita en la etapa 1 del ejemplo comparativo 1. La unica diferencia fue el tipo de cal utilizado, la cual era cal viva de la empresa Mississippi Lime Co., Ste. Genevieve, MO. La carbonatacion de los cristales de siembra de CCP-A produjo una suspension de cristales de siembra de CCP-A con un contenido de aragonita del 98.2%.
Etapa 2: procesamiento posterior
El procesamiento posterior de la suspension de cristales de siembra de CCP-A se llevo a cabo de la misma manera que se describe en la etapa 2 del ejemplo 1.
Las partlculas obtenidas tuvieron una ASE de 18.2 mP/g y un diametro medio d50 de 0.21 pm.
Etapa 3: producto de CCP-A
El apagado y la carbonatacion se realizaron de la misma manera que la descrita en la etapa 1 del ejemplo 1, excepto que el 1.0% en peso (calculado como carbonato de calcio seco basado en el peso seco de hidroxido de calcio) de los cristales de siembra de CCP-A formados en la etapa 2 se adicionaron a la lechada de cal antes de la carbonatacion. Las pruebas realizadas sobre el producto final de CCP-A indicaron que el 83.8% del producto era de la forma cristalina de aragonita.
Aunque no era requerido en este ejemplo, el procesamiento posterior de la suspension de cristales de siembra de CCP-A se llevo a cabo de la misma manera como se describe en la etapa 2 del ejemplo comparativo 1. Las partlculas obtenidas tenlan una ASE de 9.6 mP/g y un diametro medio d50 de 0.42 pm.
Ejemplo 3
El ejemplo 3 difiere del ejemplo 2 solamente en el producto utilizado, el cual es CaO de la companla Graymont Inc., Superior WI.
Las propiedades de cualquiera de los productos obtenidos en los ejemplos comparativos 1 y 2, as! como en los ejemplos del 1 al 3 se pueden derivar de la Tabla 1.
Ahora que se han descrito en detalle diversas realizaciones de la presente invencion, diversas modificaciones y mejoras en la misma resultaran facilmente evidentes para los expertos en la tecnica. Por lo tanto, las presentes realizaciones deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas.

Claims (10)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento para la preparacion de un producto de carbonato de calcio precipitado el cual comprende las etapas de:
    (a) preparar una suspension acuosa de cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado mediante la carbonatacion de una suspension de Ca(OH)2 en presencia de 0.005 a 0.030 moles de Sr, en la forma de Sr(OH)2, por mol de Ca(OH)2,
    (b) deshidratar y dispersar los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado preparados en la etapa (a) para obtener una suspension acuosa de cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado que tiene un d50 de menos de o igual a 0.1 a 0.3 pm y un area superficial especlfica BET de 10 a 30 por m2/g, y
    (c) formar una suspension acuosa de un producto de carbonato de calcio precipitado mediante la carbonatacion de una suspension de Ca(OH)2 en presencia de 0.5 a 5% en peso seco de los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado obtenidos en la etapa (b),
    en el que los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado tienen un cfet) que es menor que el d50 del producto de carbonato de calcio precipitado y los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado tienen un contenido de polimorfo aragonltico mayor que o igual al producto de carbonato de calcio precipitado obtenido en la etapa (c) caracterizado porque la deshidratacion de la etapa (b) se lleva a cabo mediante el uso de una prensa de tubo.
  2. 2. El proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la suspension de Ca(OH)2 en la etapa (a) es carbonatada en presencia de 0.01 a 0.02 moles de Sr por mol de Ca(OH)2.
  3. 3. El proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el Sr(OH)2 en el paso (a) se forma in situ mediante la adicion de un mineral que comprende SrO.
  4. 4. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la solucion acuosa de cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado formado en el paso (a) tiene un contenido de polimorfo aragonltico mayor del 85%, preferiblemente mayor del 90% y mas preferiblemente mayor del 95% en peso seco.
  5. 5. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los cristales de siembra de carbonato de calcio precipitado se adicionan a la suspension de Ca(OH)2 en el paso (c) antes de la carbonatacion de la suspension de Ca(OH)2 o durante el primer cuarto del tiempo total de carbonatacion de la suspension de Ca(OH)2.
  6. 6. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la deshidratacion del paso (b) se lleva a cabo bajo una presion en el rango de 50 a 150 bar, preferiblemente bajo presion en el rango de 60 a 120 bar y mas preferiblemente bajo una presion en el rango de 80 a 100 bar.
  7. 7. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la deshidratacion del paso (b) se lleva a cabo a una temperatura de partida en el rango de 15 a 80°C, preferiblemente a una temperatura de partida en el rango de 20 a 70°C y mas preferiblemente a una temperatura de partida en el rango de 30 a 60°C.
  8. 8. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende ademas el paso de realizar una o mas de deshidratacion y dispersion del producto de carbonato de calcio precipitado obtenido en el paso (c) para obtener un producto de carbonato de calcio precipitado que tiene un d50 entre 0.30 y 0.45 micrometros y un area superficial especlfica BET entre 8 y 20 m2/g.
  9. 9. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el producto de carbonato de calcio precipitado obtenido en el paso (c) tiene una cantidad total de estroncio de 0.2 a 15 mol/tonelada metrica seca, y preferiblemente de 1 a 5 mol/tonelada metrica seca.
  10. 10. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el producto de carbonato de calcio precipitado obtenido en el paso (c) contiene un contenido de polimorfo aragonltico mayor del 60% en peso seco, y preferiblemente mayor del 70% en peso seco.
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