ES2628227T3 - Arcilla de atapulgita purificada - Google Patents

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Robert J. Purcell, Jr.
Dennis C. Parker
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Abstract

Procedimiento en húmedo de procesamiento de mineral de arcilla de origen natural para separar la arcilla de atapulgita de otros materiales que comprende las etapas de: triturar el mineral de arcilla, añadir un dispersante al agua, preparar una suspensión del mineral de arcilla con el dispersante acuoso para dispersar la arcilla de atapulgita en el agua, separar la arcilla de atapulgita dispersa a partir de materiales no dispersos, y secar la arcilla de atapulgita dispersa, caracterizado porque el dispersante es poliacrilato de sodio, teniendo el poliacrilato de sodio un peso molecular entre 4000 y 5000 y la arcilla de atapulgita dispersa se seca hasta un contenido de humedad libre de aproximadamente el 2-3 %.

Description

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DESCRIPCION
Arcilla de atapulgita purificada Campo de la invencion
Esta invencion se refiere a la capacidad para tratar depositos de arcilla de origen natural y mas en particular para dispersar selectivamente partfculas individuales discretas de atapulgita mientras se liberan otros minerales no atapulgfticos tales como montmorillonita, sepiolita, bentonita, carbonato de calcio, sflice y caolm de entre cumulos de atapulgita. La invencion se refiere a una arcilla seca que se re-dispersa facilmente.
Antecedentes de la invencion
Las partfculas de arcilla de atapulgita se producen naturalmente como partfculas coloidales, de elevada relacion de aspecto, en forma cilmdrica, que estan fuertemente agrupadas juntas como cumulos. Las agujas tienden a ser todas iguales en longitud y diametro de partfcula, similar a un grupo de tubos unidos o pajitas. Los cumulos individuales se aglomeran al azar. Los depositos de atapulgita ubicados en el norte de Florida y el sudeste de Georgia se formaron en aguas poco profundas, banadas en magnesio, donde se formaron simultaneamente otros minerales de arcilla o se introdujeron a traves de los movimientos de aire y agua. Tambien se formaron otros minerales tales como sflice, carbonato de calcio y carbonato de magnesio en su lugar o fueron transportados al deposito durante su formacion, dando lugar a una variedad de materiales no atapulgfticos presentes en niveles cercanos al 20 por ciento en peso o mas. Para que la atapulgita este en una forma ffsica aceptable para un uso comercial, se tiene que transformar en un polvo. La arcilla de atapulgita historicamente se procesa minando selectivamente el deposito, clasificando el mineral de acuerdo con su contenido de grava y sus propiedades gelificantes, secando, triturando mecanicamente o moliendo el mineral con cantidades mmimas de contaminantes, seguido por la separacion del tamano de partfcula y secado hasta un contenido de humedad de aproximadamente el 10 % al 16 %. La materia no atapulgftica tambien se reduce en tamano y se elimina parcialmente durante el procedimiento de clasificacion de tamano de partfcula. Los minerales no arcillosos pueden ser abrasivos y se deben eliminar o reducir en tamano para disminuir sus caractensticas abrasivas para que el polvo de atapulgita sea util en aplicaciones de uso final.
Una operacion de trituracion/molienda seca fragmentara parcialmente los cumulos de haces con el resultado indeseable de la fractura de partfculas individuales de atapulgita. Esto puede deberse en parte a la presencia de granos y partfculas de materia no arcillosa que estan presentes en el mineral de arcilla y que rompen y danan las agujas individuales durante la operacion de trituracion/molienda en seco. Las partfculas individuales de atapulgita proporcionan las propiedades absorbentes, tixotropicas, anti-sedimentantes y/o de union a una amplia variedad de aplicaciones de uso final. La estructura cristalina de la arcilla de atapulgita tiene sitios cargados positiva y negativamente en las superficies laterales de cada partfcula y en los extremos de cada partfcula individual. Cuando se formaron los cristales se unieron en cumulos de paja con haces aleatorios que se orientan para neutralizar las cargas. Cuando estas partfculas individuales se dispersan por medios qrnmicos o mecanicos, las partfculas tratan de satisfacer las cargas negativas y positivas al volver a conectar aleatoriamente partfcula a partfcula en lugar de formar haces y cumulos. Esta caractenstica unica de la arcilla de atapulgita crea las propiedades tixotropicas y las propiedades de union de la atapulgita. Las partfculas con mayores relaciones de longitud a anchura, o de aspecto, normalmente son mas eficientes que las partfculas con relaciones de aspecto inferiores al proporcionar productos con mayor resistencia al gel y propiedades de union.
En aplicaciones de uso final, un dispersante qrnmico, predominantemente pirofosfato tetrasodico (TSPP), en el mejor de los casos, separara la mayona de los haces de atapulgita en partfculas individuales en un medio acuoso bajo agitacion de cizallamiento moderada a alta. El TSPP tambien dispersara otros tipos de arcilla presentes. Las partfculas de arcilla individuales de cada especie de arcilla presente, permaneceran suspendidas en agua. La patente de Estados Unidos n.° 3.569.760 ha demostrado que los minerales no arcillosos no permaneceran suspendidos en el agua y se depositaran en el fondo debido a las fuerzas gravitatorias si la suspension de arcilla y agua tiene una viscosidad suficientemente baja. Los minerales no arcillosos relativamente grandes, que por su mayor dureza, pueden resistir la reduccion del tamano y por lo tanto tambien se pueden eliminar por cribado, centrifugacion, mediante tanques de sedimentacion, hidrociclones u otros medios ffsicos de separacion. Los minerales de arcilla no atapulgfticos, como montmorillonita, esmectita y sepiolita, permaneceran mezclados con la arcilla de atapulgita. Las arcillas no atapulgfticas no tienen las mismas caractensticas de rendimiento que la arcilla de atapulgita, algunas de las cuales son perjudiciales para el rendimiento en aplicaciones particulares. En la actualidad, los proveedores y usuarios de atapulgita dependen de la calidad de los depositos naturales para la concentracion de contenido de arcilla no atapulgftica. La disponibilidad de arcilla de atapulgita de alta pureza depende de la minena selectiva economicamente ineficiente de los depositos.
Gantt y col. en la patente de Estados Unidos n.° 5.358.120, han mostrado que con arcilla se pueden usar otros tipos de dispersantes disponibles en el mercado anteriormente tales como poliacrilatos de sodio. Sin embargo, los poliacrilatos sodicos con pesos moleculares inferiores a 4300, aunque eficaces sobre los caolines y las bentonitas, normalmente no son tan eficaces con la atapulgita cuando se comparan con el TSPP, y por lo tanto generalmente no se usan.
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La arcilla de atapulgita proporciona propiedades tixotropicas y de union a traves del procedimiento de volver a flocular despues de haberse dispersado normalmente a menos del 5 % de solidos en un sistema acuoso, con lo que se genera una estructura de gel. Varias sales, a niveles de aditivo, pueden actuar como agentes re-floculantes.
Historicamente, la arcilla de atapulgita se seca hasta un contenido de humedad libre de aproximadamente el 1016%, con un mmimo del 8 o 9%. A menores contenidos de humedad, la atapulgita comienza a perder sus propiedades tixotropicas y no se redispersa facilmente en agua. Brooks, en la patente de Estados Unidos n.° 4.966.871, ha demostrado que es posible secar a vado la atapulgita hasta menos del 2% de humedad libre y conservar todavfa sus propiedades tixotropicas, siendo importante que la atapulgita se seque en condiciones de vado.
La arcilla de atapulgita se utiliza frecuentemente como producto aditivo, que a menudo comprende solo del 1 al 3 por ciento en peso de la composicion final. La arcilla de atapulgita no se dispersa completamente en un medio lfquido a estas bajas concentraciones. Se cree que la causa es la falta de colisiones de arcilla a arcilla necesarias para romper los cumulos y los haces. Una tecnica utilizada para superar este comportamiento es aquella en la que se produce una suspension del 20 al 25 %, y cuando esta completamente dispersada, se diluye con agua hasta la concentracion final deseada.
Existe la necesidad de poder separar de forma eficaz y economica la arcilla de atapulgita de otros tipos de arcilla, a partir de minerales no arcillosos, sin destruir la alta relacion de aspecto de las partfculas con la fuerza de molienda mecanica. Existe la necesidad de reducir el contenido de humedad de la atapulgita manteniendo al mismo tiempo las propiedades del gel para aumentar su beneficio economico mediante la concentracion del producto para su aplicacion de uso final.
La patente de Estados Unidos 5.749.936 describe un procedimiento para granular fertilizante o aditivo del suelo mezclandolo con una suspension acuosa de arcilla de atapulgita y poliacrilato sodico como dispersante. No describe un procedimiento para separar la arcilla de atapulgita de otros materiales ni desvela una arcilla de atapulgita purificada espedfica.
Sumario de la invencion
Un objeto de la invencion es proporcionar un procedimiento economico y eficiente para separar la arcilla de atapulgita de otros componentes y minerales de la arcilla en la mena de arcilla.
Un objeto de la invencion es utilizar el procedimiento para permitir la extraccion de depositos de grado inferior que historicamente no han sido utilizables debido a concentraciones elevadas de minerales no arcillosos.
Un objetivo de la invencion es utilizar el procedimiento para la mezcla de minerales de atapulgita en forma de suspension para producir eficientemente productos con propiedades ffsicas y qrnmicas uniformes.
Un objeto adicional de la invencion es proporcionar una arcilla de atapulgita purificada.
Otro objeto de la invencion es proporcionar partfculas de arcilla de atapulgita seca que se dispersan facilmente en agua sin adicion de dispersante o tensioactivo.
Un objeto adicional de la presente invencion es proporcionar una arcilla de atapulgita seca en partfculas que tiene un contenido de humedad libre de menos del 0,5 % y conserva propiedades tixotropicas sin usar secado al vado.
De acuerdo con las ensenanzas de la presente invencion, se describe un procedimiento en humedo para procesar mineral de arcilla de origen natural para separar la arcilla de atapulgita de otros materiales de acuerdo con la reivindicacion 1. El procedimiento tiene las etapas de triturar el mineral de arcilla y anadir un dispersante al agua. Se prepara una suspension del mineral de arcilla con el dispersante acuoso para dispersar la arcilla de atapulgita en el agua. La arcilla de atapulgita dispersada se separa de los materiales no atapulgfticos, y la arcilla dispersada se seca hasta un contenido de humedad libre de aproximadamente el 2-3 %.
Estos y otros objetos de la presente invencion resultaran evidentes a partir de una lectura de la siguiente memoria descriptiva, tomada junto con los dibujos adjuntos.
Breve descripcion de los dibujos
La FIG. 1 es una vista ampliada de cristales de atapulgita dispersados.
La FIG. 2 es una vista ampliada de un cumulo de esmectita/atapulgita.
La FIG. 3 es una vista ampliada de los cumulos de atapulgita con otra procedimiento de separacion en seco de la tecnica anterior.
La FIG. 4 es una vista ampliada de agujas de atapulgita aisladas obtenidas en humedo de la presente invencion.
La FIG. 5 es un diagrama de la purificacion de arcilla de atapulgita.
arcilla y arenisca obtenida por el por el procedimiento de separacion
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Descripcion de las formas de realizacion preferidas
Hemos hecho el descubrimiento inesperado de que la eficacia de un poliacrilato de sodio particular, que preferentemente tiene un peso molecular de aproximadamente 4700, permite concentraciones mas altas de arcilla de atapulgita en una suspension acuosa a una viscosidad mas baja que la alcanzable cuando se usa TSPP u otros dispersantes de poliacrilato sodico que tienen pesos moleculares mas bajos. El ftmite superior practico para procesar la concentracion de atapulgita cuando se usa TSPP como dispersante es aproximadamente el 30 %, por encima del cual la suspension se vuelve altamente dilatada y la viscosidad se vuelve demasiado alta para su manipulacion. Otros poliacrilatos de sodio con pesos moleculares mas bajos no dispersaran eficientemente la atapulgita. El poliacrilato sodico de un PM aproximado de 4700 confiere la capacidad de preparar una suspension de atapulgita de una concentracion de al menos el 35 % y que aun mantiene caractensticas de manipulacion aceptables. Esta propiedad ofrece la ventaja economica de una fabricacion mas eficiente de formulaciones que comienzan con una suspension del 35% que se diluye hasta una concentracion mas baja (normalmente del 1-3% que se usa en fertilizantes en suspension) ya que se necesitan preparar menos lotes de suspension para producir la misma cantidad de producto final.
Cuando se ha estudiado mas a fondo, hemos hecho un descubrimiento adicional inesperado de que usando dicho poliacrilato de sodio de peso molecular mas alto, las partfculas de atapulgita se dispersaran rapidamente con eficacia una significativamente mejorada en agua en condiciones de cizallamiento de moderada a alta (ver Figura 1). El resultado es que mas de las arcillas no atapulgfticas presentes permaneceran como partfculas liberadas relativamente grandes, junto con la materia no arcillosa presente. Las arcillas no atapulgfticas se pueden eliminar facilmente por medios ffsicos tales como cribado o centrifugacion junto con la materia no arcillosa. El resultado es una forma de atapulgita de mayor pureza que esta esencialmente libre de arenisca. El poliacrilato sodico de 4700 de peso molecular no dispersa rapidamente la esmectita, la montmorillonita, el caolrn u otros minerales arcillosos debido a su alto peso molecular. Los poliacrilatos de sodio de peso molecular relativamente mas bajos probados no dispersaran las partfculas de atapulgita de manera eficiente, logrando asf menos separacion de partfculas no de arcilla. Vease la FIG. 2 donde el peso molecular del poliacrilato de sodio utilizado es de 2600.
Ademas hemos descubierto que incluso usando TSPP, con procesamiento en humedo y secado en un secador por pulverizacion o secador tubular barrido por aire, el producto resultante se puede re-dispersar con mezcla de bajo cizallamiento. Anteriormente, el producto secado por tecnicas de secado convencionales tales como secadores rotativos y secadores subitos produjeron un producto que no se volvfa a dispersar. Es posible conseguir la separacion de la arcilla de atapulgita de los minerales no atapulgfticos y la purificacion de la arcilla de atapulgita se puede lograr con el procedimiento en humedo cuando se usa TSPP como dispersante. La atapulgita purificada se puede volver a dispersar con bajo cizallamiento hasta un 35 % de concentracion de solidos en suspension. La redispersion de arcilla seca usando la separacion de TSPP solo se ha obtenido previamente con equipo de cizallamiento HIGH e, incluso bajo estas condiciones, solo se pueden obtener un 10-15 % de solidos. En la presente invencion, no hay necesidad de TSPP o tensioactivo adicionales. La pureza de la arcilla de atapulgita obtenida con el dispersante TSPP no es tan alta como la pureza obtenida con el poliacrilato sodico de alto peso molecular. El TSPP no es capaz de retrasar la hidratacion de los minerales de esmectita encontrados como contaminantes en la atapulgita. Los minerales que no son de arcilla pueden eliminarse mediante cribado y centrifugacion de la suspension. Sin embargo, el uso de TSPP es mas economico y para los usos finales de la arcilla de atapulgita tales como grados agncolas, en los que la alta pureza no es esencial, el presente documento describe un procedimiento eficiente y de coste relativamente bajo.
Ademas se ha descubierto que cuando la suspension de atapulgita se prepara con poliacrilato sodico o TSPP y despues se seca en un secador por pulverizacion, un secador tubular barrido por aire u otros procedimientos de secado a baja temperatura y alta turbulencia, el poliacrilato de sodio o el TSPP permanece adsorbido sobre las partfculas de atapulgita. La atapulgita seca se redispersara facilmente en agua sin necesidad de que se deba premezclar un dispersante o tensioactivo en el agua. Esto no ocurre con atapulgita molida seca dispersada con TSPP y secada por medios convencionales tales como un secador rotatorio o un secador subito. Ademas, con la eliminacion de minerales no arcillosos, se observa un mayor rendimiento en la capacidad de proporcionar comportamiento tixotropico, de union y de suspension.
Otro descubrimiento inesperado fue la capacidad del poliacrilato de sodio adsorbido o TSPP de permitir que la atapulgita retenga sus propiedades tixotropicas cuando se seca a menos del 0,5 % de humedad a presion atmosferica con alta turbulencia de aire, sin necesidad de secado al vacfo y/o sin necesidad de un estabilizador de tipo silicona o silano. Comercialmente, es practica una sequedad de aproximadamente el 2-3 % de humedad.
Otro descubrimiento inesperado fue que el procedimiento de procesado en humedo de produccion de atapulgita da como resultado un mayor porcentaje de cristales de atapulgita de alta relacion de aspecto liberados de los cumulos individuales cuando se compara con la atapulgita que se procesa moliendo el mineral de atapulgita seco. La eliminacion de la sflice cristalina y del carbonato de calcio mediante el procedimiento en humedo elimina la molienda abrasiva experimentada en los procedimientos convencionales de molienda mecanica. Vease la FIG. 1 y la FIG. 3.
En la presente invencion, el mineral de arcilla de atapulgita se extrae y se tritura en trozos lo suficientemente pequenos para que se puedan mezclar en una suspension. El dispersante de poliacrilato de sodio, que tiene un
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intervalo de pesos moleculares entre 4000 y 5000, se mezcla previamente con agua. La concentracion de poliacrilato de sodio preferentemente esta entre el 1 y el 4 % en peso del contenido de arcilla. La arcilla de atapulgita se anade gradualmente bajo cizallamiento moderado a alto a la solucion de agua-poliacrilato sodico, hasta que se dispersa completamente. Los haces y cumulos de atapulgita se separan en partfculas coloidales permitiendo la liberacion de otras partfculas no atapulgtticas de los haces dispersos de atapulgita. Las partfculas no arcillosas se eliminan junto con la materia no arcillosa que incluye arenisca, por medios ffsicos. La arcilla de atapulgita sustancialmente sin arenisca se deshidrata o se seca en un secador que utiliza aire turbulento calentado a presion atmosferica hasta que se alcanza el contenido de humedad residual deseado. Preferentemente, el procedimiento de secado esta a presion atmosferica a una temperatura entre 85 °C y 210 °C. Durante el procedimiento de secado, las partfculas se "auto-incorporan" en agujas alargadas unidas libremente. No se vuelven a flocular en haces y cumulos estrechamente unidos.
La forma final puede incluir una pasta de filtracion o un polvo seco. La pasta de filtracion y/o el polvo seco se pueden re-dispersar facilmente en agua sin el uso de dispersante adicional. Un procedimiento de secado eficaz que se puede emplear es el secado por pulverizacion. El secado por pulverizacion ofrece la capacidad de producir granulos de tamano uniforme cuyo tamano se puede controlar ajustando las condiciones del procedimiento en el secador por pulverizacion. Tambien se ha demostrado que otros procedimientos de secado por aire han funcionado de manera eficiente cuando se utiliza aire turbulento caliente entre 85 °C y 210 °C con resultados similares. Por lo tanto, los granulos de atapulgita de tamano fino se pueden fabricar sin un procedimiento de molienda o trituracion que rompa los cristales de atapulgita, reduciendo asf el rendimiento.
Ejemplos 1 a 9
Se suspendieron muestras de arcilla de calidad variada, usando entre el 1,0 y el 1,8 por ciento en peso, en base a arcilla seca, de poliacrilato de sodio con un peso molecular entre 4000 y 5000. Las suspensiones consistfan en aproximadamente el 25 % en peso de arcilla en agua desionizada o destilada. El poliacrilato sodico se mezclo con el agua hasta que se alcanzo una solucion homogenea, despues la arcilla se anadio gradualmente bajo cizallamiento moderado a alto, hasta que se humedecio completamente. Las suspensiones se filtraron con un tamiz de malla 325 y luego se secaron en un polvo de flujo libre. Se utilizaron procedimientos de analisis de rayos X y de absorcion atomica para comparar la calidad de la composicion de la materia prima y del material acabado. Se identificaron las siguientes especies: atapulgita, esmectita (es decir, montmorillonita, sepiolita), cuarzo, calcita, dolomita, apatita, ilita, mica, caolinita, asf como otros minerales. Los resultados se enumeran a continuacion en la Tabla 1.
Tabla 1
Identificacion del material
% de atapulgita % de esmectita Cuarzo Calcita
N.° 1
85 2 7 <1
N.° 2
85 2 4 ND*
N.° 3
90 1 3 ND
N.° 4
85 1 6 ND
N.° 5
90 1 3 ND
N.° 6
85 1 6 ND
N.° 7
90 <1 3 ND
N.° 8
60 30 3 ND
N.° 9
60 25 4 <1
* ND no detectado
El especimen n.° 1, el especimen de referencia, es de un grado de calidad relativamente alto con un contenido de atapulgita del 85 %, con un bajo contenido de esmectita al 2 %, sin ningun procesamiento. El especimen n.° 2, la muestra de control, que es la muestra n.° 1 que se proceso de acuerdo con el parrafo anterior, excepto por que se uso TSPP como dispersante en lugar de poliacrilato de sodio. La muestra n.° 2 no mostro ninguna purificacion aparte de una extraccion de arenisca durante el cribado. El contenido de atapulgita y esmectita permanecio igual. La muestra n.° 3 tambien se proceso a partir de la muestra n.° 1, de acuerdo con el parrafo anterior, esta vez usando el dispersante de poliacrilato de sodio anteriormente identificado. La muestra n.° 3 se analizo con un aumento en el contenido de atapulgita del 85 al 90 %. El contenido de esmectita disminuyo un 1 %. El 4 % restante esta compuesto por una reduccion adicional del 1 % de cuarzo mas cantidades reducidas de apatita, ilita y mica. Esto puede atribuirse a la mayor dispersion de los haces de atapulgita, liberando mas partfculas contaminantes atrapadas por medio de la separacion ffsica. Los espedmenes n.° 4 y n.° 6 son otros dos grados de arcilla de atapulgita, un grado de baja y alta gelificacion, respectivamente, que se han procesado con TSPP pero sin el dispersante de poliacrilato sodico. Los espedmenes n.° 5 y n.° 7 son los espedmenes correspondientes tratados con el dispersante de poliacrilato sodico. En ambos casos, el contenido de atapulgita aumento del 85 al 90 %. La muestra n.° 8 es una atapulgita relativamente impura, con un alto contenido de esmectita del 30%. Tras el procesamiento con el dispersante de poliacrilato de sodio, (Especimen n.° 9), el contenido de esmectita se reduce del 30 al 25 %, junto con una disminucion del contenido de ilita/mica del 6 % al 1 %.
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Ejemplo 10
Un especimen de arcilla de atapulgita, con un contenido de humedad entre el 8 y el 13 % en peso, se disperso en agua del grifo al 35 % de solidos, utilizando dicho dispersante de poliacrilato sodico. La viscosidad se midio a 300 mPas usando un viscosfmetro Brookfield RVT. La suspension se separo despues con un tamiz de malla 325 y se seco a 105 °C a presion atmosferica hasta un polvo a aproximadamente el contenido de humedad original. La atapulgita sin arenisca se volvio a suspender en agua al 35 % de solidos sin el uso de ningun dispersante adicional. La viscosidad se midio entonces a 340 mPas. El ligero aumento es proporcional a la cantidad de arenisca eliminada y los resultados pueden considerarse similares y dentro de la reproducibilidad experimental.
Ejemplo 11
Se disperso un especimen de arcilla de atapulgita usando dicho dispersante de poliacrilato sodico en agua del grifo al 35 % de solidos. La suspension se separo y se seco por pulverizacion para producir una atapulgita seca en polvo. Se determino el contenido de humedad libre y se midio la viscosidad a un nivel de ensayo de control de calidad convencional de la industria del 7 % de solidos en agua. A continuacion, el polvo adicionalmente a aproximadamente 105 °C para producir varios espedmenes de contenido espedmenes posteriormente se analizaron para sus respectivas viscosidades y capacidad una estructura de gel que proporciona el rendimiento tixotropico.
Tabla 2
Contenido de humedad libre (%) Viscosidad al 7 % de
solidos en agua desionizada (cps)

9 10

5 8

1 8

1 6

0,5 6

<0,1 6
La muestra secada hasta un 0,5 % de humedad libre se volvio a suspender en agua del grifo con un 7 % de solidos. La viscosidad era de aproximadamente 6 mPas. Tras la adicion del 0,7% (peso total) de potasa, la viscosidad resultante obtenida fue de 3100 mPa s, lo que indica la capacidad de volver a flocular y generar una estructura de gel.
Ejemplo 12:
Un especimen de atapulgita se suspendio en agua al 35 % de solidos usando diversos grados de dispersantes de poliacrilato sodico. La cantidad de dispersante utilizada vario entre el 1 y el 2,5 % para determinar el nivel mas eficaz, usando la viscosidad minima obtenida como criterio (una indicacion del grado de dispersion). Los resultados se registraron como viscosidad frente al % dispersante anadido (Tabla 3). Nota: no se sabe que existan poliacrilatos de sodio no reticulados con pesos moleculares superiores a aproximadamente 4700. Se puede esperar que, si estuvieran disponibles, presentanan un rendimiento similar o mejorado.
Tabla 3
de atapulgita se seco de humedad libre. Estos para volver a flocular en
Viscosidad frente al % en peso
% en peso de dispersante [Peso molecular]
[4700] Cps [4300] Cps [3700] Cps [2600] Cps
1
1360 4925 4900 6050
1,25
300 860 1900 3850
1,5
730 1160 1555 2700
1,75
1200 855 1755 2800
2
2050 2625 3525
2,25
2750 2125
2,5
3225
La tendencia observable es que los poliacrilatos sodicos de mayor peso molecular son dispersantes mas eficientes. Ejemplo 13
La eficacia del dispersante con respecto a la viscosidad se analizo usando agua desionizada y agua salada saturada. Los valores de viscosidad Brookfield (en mPas) se obtuvieron con:
1. 30 % de arcilla cruda con el 3,2 % de poliacrilato de sodio (pm 4700)
2. 30 % de arcilla cruda con el 2 % de TSPP
5
10
15
20
25
30
35
3. 30 % de arcilla cruda con el 2 % de TSPP que se habfa secado y rehidratado
Brookfield en agua desionizada
A B C
10 % de solidos
0 0 0
20 % de solidos
0 0 0
30 % de solidos
100 100 250
40 % de solidos
6200 23.500 26.000
Brookfield en agua salada saturada
A B C
10 % de solidos
9600 7300 13.000
20 % de solidos
Sin flujo 32.750 35.500
Tamices*
A B C
% + 30
20,20 % 5,20 % 19,10 %
% + 40
41,30 % 16,80 % 39,00 %
% + 50
59,10 % 30,80 % 58,20 %
% + 70
71,00 % 42,80 % 68,10 %
% + 100
80,20 % 54,00 % 77,70 %
% + 200
90,10 % 70,80 % 88,40 %
% + 270
94,00 % 78,80 % 92,40 %
% + 325
94,80 % 82,00 % 93,60 %
% + 400
95,60 % 84,80 % 94,80 %
Pan (malla -400)
4,40 % 15,20 % 5,20 %
% de humedad libre (final)
2,16 % 3,80 % 5,20 %
*% Acumulado retenido
Los resultados anteriores son inesperados en comparacion con la arcilla de atapulgita preparada por los procedimientos usados antes de esta invencion. En agua desionizada sin sal, la arcilla de atapulgita se dispersa facilmente y la viscosidad no cambia. Esto es porque no hay exceso de contaminacion ionica en el agua desionizada, la arcilla se dispersa facilmente, pero no forma ninguna estructura de gel porque no hay suficientes iones presentes para flocularla. Sin embargo, la viscosidad relativamente alta obtenida con el 40 % de solidos es mas inesperada y es una indicacion de la capacidad de la eficacia de los dispersantes en el procedimiento en humedo. En procedimientos secos previamente conocidos, el TSPP no ha demostrado la capacidad de dispersar la arcilla en agua desionizada. El secado y la rehidratacion de la arcilla tratada con TSPP no se conocen previamente.
La sal en agua hace que la arcilla se endurezca y se gelifique. El agua salada saturada es mas eficaz en la produccion de gelificacion. Utilizando la tecnica anterior, generalmente es posible obtener una viscosidad maxima en el intervalo de 20.000-25000 mPas. La arcilla mas dispersante de la presente invencion produjo una viscosidad de 32.000 a 35000 con el 20 % de solidos. Se han obtenido viscosidades de hasta 88.000 mPa s en agua salada saturada.
En resumen, el mineral de arcilla se purifica y se separa del material no atapulgftico dispersando el mineral en una solucion acuosa de poliacrilato sodico que tiene un peso molecular de aproximadamente 4000-5000. Los materiales no atapulgfticos se liberan eficazmente entre los haces de atapulgita en esta solucion de poliacrilato sodico. Tambien se libera material no arcilloso ("arenisca"). De esta manera, la arcilla de atapulgita se puede separar del material no atapulgftico. La suspension se seca para proporcionar un polvo de arcilla de atapulgita. Hay poliacrilato de sodio residual en la arcilla de atapulgita seca, de manera que al anadir agua, la atapulgita se redispersa sin la adicion de dispersante adicional. La arcilla de atapulgita redispersada conserva propiedades tixotropicas. Por lo tanto, se proporciona una forma purificada de arcilla de atapulgita que es mas economica de usar. Ademas, el mineral de arcilla de menor calidad se puede procesar economicamente para proporcionar arcilla de atapulgita mas purificada.
El procedimiento de mezcla de la atapulgita cruda fue el siguiente:
Ejemplo 14:
Se dispersaron tres tambores de 55 galones de atapulgita cruda con TSPP. La suspension se preparo al 30 % de solidos utilizando el 2 % de TSPP basado en el peso de la arcilla. La suspension mezclada se filtro sobre un tamiz de malla 200 y se mantuvo la fraccion de malla -200 que pasaba a traves del tamiz para su uso. La fraccion de malla 200 retenida por el tamiz se descarto.
Ejemplo 15
Se dispersaron tres tambores de 55 galones de atapulgita cruda con poliacrilato sodico. La suspension se preparo al 30 % de solidos utilizando un 3,2 % de poliacrilato sodico basado en el peso de la arcilla. La suspension mezclada se filtro sobre un tamiz de malla 200 y se mantuvo la fraccion de malla -200 que pasaba a traves del tamiz para su uso. La fraccion de malla 200 retenida por el tamiz se descarto.
La suspension espesa del Ejemplo 14 y el Ejemplo 15 se secaron cada una hasta un contenido de humedad libre entre el 2-3 %. Cada una de las arcillas de atapulgita secadas se redisperso en agua usando un aparato de bajo cizallamiento.
Aunque se pueden usar muchos medios para mezclar la arcilla cruda y el dispersante acuoso, un procedimiento 5 preferido es usar un mezclador de alto cizallamiento. El mezclador de alto cizallamiento produce mas eficazmente la mezcla deseada de la arcilla con dispersante acuoso para separar la arcilla de los materiales no presentes en la arcilla.
Por lo tanto, se ha demostrado que, usando el metodo del procedimiento en humedo con TSPP o poliacrilato de sodio, la arcilla de atapulgita se puede separar de arenisca y material no arcillo y se puede secar hasta un contenido 10 de humedad libre de aproximadamente el 2-3% que se puede redispersar facilmente en agua con bajo cizallamiento.

Claims (5)

  1. 10
    15
    20
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento en humedo de procesamiento de mineral de arcilla de origen natural para separar la arcilla de atapulgita de otros materiales que comprende las etapas de:
    triturar el mineral de arcilla, anadir un dispersante al agua,
    preparar una suspension del mineral de arcilla con el dispersante acuoso para dispersar la arcilla de atapulgita en el agua,
    separar la arcilla de atapulgita dispersa a partir de materiales no dispersos, y secar la arcilla de atapulgita dispersa,
    caracterizado porque el dispersante es poliacrilato de sodio, teniendo el poliacrilato de sodio un peso molecular entre 4000 y 5000 y la arcilla de atapulgita dispersa se seca hasta un contenido de humedad libre de aproximadamente el 2-3 %.
  2. 2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el contenido de poliacrilato de sodio esta entre el 1 % y el 4 % sobre una base de mineral de arcilla seca.
  3. 3. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el contenido de arcilla de atapulgita separada es superior al 30 % en peso.
  4. 4. El procedimiento en humedo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque ademas comprende las etapas de anadir la arcilla seca al agua y volver a dispersar la arcilla usando un mezclador de bajo cizallamiento que forma una dispersion que contiene hasta aproximadamente el 35 % en peso de arcilla.
  5. 5. El procedimiento en humedo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la arcilla de atapulgita dispersa se seca utilizando un secador turbulento de barrido por aire.
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