ES2956084T3 - Un método para formar un producto a base de yeso - Google Patents
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Abstract
Se divulga un método para formar un producto a base de yeso. El método comprende las etapas de: calcinar una mezcla de agua y yeso en condiciones de temperatura y presión elevadas dentro de un recipiente para producir una suspensión de alfa-hemihidrato en el mismo; pasar la suspensión de alfa-hemihidrato desde el recipiente a un mezclador para mezclarla con agua adicional. para producir una suspensión fraguable, que se dispone para fraguar para formar el producto a base de yeso. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Un método para formar un producto a base de yeso
La presente invención se refiere a un método para formar un producto a base de yeso.
El yeso se presenta naturalmente como materia prima en forma de sulfato de calcio dihidrato. Los productos que contienen yeso, tales como placa de yeso, se preparan formando una mezcla de yeso calcinado o deshidratado, a saber, sulfato de calcio hemihidrato, con agua, para formar una suspensión fraguable que luego se moldea de una forma predeterminada. El hemihidrato reacciona con el agua y se rehidrata para dar el cristal de dihidrato, que luego se cura o se seca hasta el estado sólido.
Se sabe que la forma hemihidrato del yeso depende del procedimiento de calcinación y se clasifica en dos formas básicas, el hemihidrato alfa y el hemihidrato beta. El hemihidrato beta típicamente se forma calentando yeso en condiciones atmosféricas, para eliminar la humedad y el agua combinada químicamente para formar cristales secos, que luego se pueden triturar hasta obtener un polvo fino. El hemihidrato beta ha sido durante mucho tiempo el hemihidrato preferido en la producción de placas de yeso para paredes o placas de yeso, debido a la rápida rehidratación del cristal triturado al formar la suspensión. Sin embargo, el producto de yeso derivado del hemihidrato beta suele ser blando y el hidrato beta requiere grandes volúmenes de agua para producir la fluidez de suspensión requerida.
El hemihidrato alfa se forma calentando yeso bajo presión para retirar de manera similar el agua asociada con él. Sin embargo, se encuentra que el producto de yeso derivado del hemihidrato alfa es más duro y comprende una mayor resistencia y densidad en comparación con el yeso derivado del hemihidrato beta.
Es necesario usar cantidades sustanciales de agua en las suspensiones de yeso para asegurar la fluidez adecuada de la suspensión. Desafortunadamente, la mayor parte de este agua finalmente debe eliminarse mediante calentamiento, lo cual es costoso debido al alto coste de los combustibles usados en el procedimiento de calentamiento. La etapa de calentamiento también requiere mucho tiempo. Se sabe que el hemihidrato alfa tiene una demanda de agua sustancialmente menor que el hemihidrato beta, lo que significa que si el hemihidrato alfa pudiera usarse para fabricar placas de yeso, reduciría sustancialmente la demanda de agua y, por consiguiente, el gasto y el tiempo necesarios para producir la placa de yeso. Esta es otra ventaja asociada con el hemihidrato alfa.
Sin embargo, el hemihidrato alfa generalmente no se usa comercialmente en la producción de placas de yeso principalmente debido a su tasa de hidratación más lenta en comparación con el hemihidrato beta, que por lo tanto requeriría un paso más lento de las placas a lo largo de la línea de producción.
El documento WO2007/084346 describe un método para la producción de yeso de tipo alfa. Una suspensión de yeso se introduce en un autoclave, donde se calienta típicamente a una temperatura de unos 280°F (unos 137°C) bajo una presión de 3-4 bar y se convierte en hemihidrato alfa. La suspensión sale del autoclave a través de una válvula de bajada de presión y se envía a un depósito de expansión, donde se enfría y se recoge el exceso de vapor.
El documento US2008/0069762 describe un procedimiento para preparar una mezcla de estuco alfa y beta. El procedimiento incluye una etapa de calcinación de la suspensión en la que la suspensión de yeso se mantiene en un reactor a una temperatura de, p. ej., 149°C y una presión de, p. ej., 3,4 a 4,8 bares. El producto de yeso parcialmente calcinado se descarga del reactor en forma de una suspensión que comprende sulfato de calcio dihidrato y sulfato de calcio alfa hemihidrato y se alimenta a un depósito acumulador, que actúa como depósito de retención y permite la liberación del vapor a medida que la presión de la suspensión desciende hasta la presión atmosférica. Luego, la suspensión se descarga del depósito acumulador y se alimenta a una unidad de drenaje que retira agua para producir un producto que contiene sólidos deshidratados y una corriente de agua retirada. El producto deshidratado tiene un contenido de agua libre de 2-6% en peso. El producto deshidratado se alimenta a un calcinador de caldera de estuco para placas en condiciones para convertir la mayoría o la totalidad del yeso en el producto deshidratado en sulfato de calcio beta hemihidrato.
El documento DE3927927 describe un método para fabricar piezas de fibra de yeso mezclando sulfato de calcio dihidrato y fibra y luego sometiendo a autoclave esta mezcla.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para formar un producto a base de yeso, comprendiendo el método las etapas de:
calcinar una mezcla de agua y yeso en condiciones de temperatura y presión elevadas dentro de un recipiente para producir una suspensión de hemihidrato alfa en el mismo, en el que la temperatura elevada comprende una temperatura dentro del intervalo de 110°C a 170°C, y en el que la presión elevada comprende una presión dentro del intervalo de 2 a 8 bares;
reducir el contenido de agua de la suspensión de hemihidrato alfa para proporcionar una corriente de agua separada de la suspensión de hemihidrato alfa; y subsecuentemente
pasar la suspensión de hemihidrato alfa del recipiente a un mezclador para mezclarla con agua adicional para reducir la temperatura de la suspensión de hemihidrato alfa y producir una suspensión fraguable, que se dispone a fraguar para formar el producto a base de yeso, en el que el agua adicional tiene una temperatura de 20-30°C.
Ventajosamente, el método elimina el requisito de secado del hemihidrato, que está asociado con la formación convencional de la suspensión fraguable y, por lo tanto, reduce las demandas de energía del método. Además, las cantidades reducidas de agua asociadas con conseguir la fluidez deseada de la suspensión fraguable de hemihidrato alfa en comparación con el hemihidrato beta proporcionan un ahorro de energía adicional ya que se debe retirar menos agua durante el secado del producto de yeso.
Preferiblemente, la etapa de calcinación comprende llenar sustancialmente el recipiente con agua y yeso de modo que el recipiente esté sustancialmente desprovisto de espacio libre, de modo que se evite que el agua producida durante la calcinación del yeso se evapore.
La temperatura elevada comprende una temperatura dentro del intervalo entre 110°C y 170°C, preferiblemente entre 120°C y 150°C, más preferiblemente entre 130°C y 140°C.
Típicamente, la presión se ajusta de acuerdo con la temperatura de funcionamiento, de modo que la presión de funcionamiento corresponda a la presión de vapor del vapor de agua a la temperatura de funcionamiento. La presión elevada comprende una presión dentro del intervalo de 2 a 8 bares, preferiblemente de 3 a 5 bares.
El método preferiblemente comprende además la etapa de enfriar la suspensión de hemihidrato alfa después de la etapa de calcinación. Típicamente, la etapa de enfriar la suspensión de hemihidrato alfa tiene lugar mientras la suspensión de hemihidrato alfa todavía se mantiene a la presión elevada de alrededor de 2 a 8 bares. Típicamente, la etapa de enfriar la suspensión de hemihidrato alfa se lleva a cabo usando un intercambiador de calor. Preferiblemente, el hemihidrato alfa se enfría a una temperatura inferior a 100°C, tal como 90°C.
Preferiblemente, después de la etapa de enfriar la suspensión de hemihidrato alfa, la suspensión se despresuriza a una presión de 1 bar (es decir, presión atmosférica).
El método comprende además la etapa de separar sustancialmente el agua de la suspensión de hemihidrato alfa después de la etapa de reducir la presión que actúa sobre la suspensión de hemihidrato alfa. Esto se puede hacer, p. ej., usando un filtro de banda o un separador centrífugo, es decir, hydroclone. Preferiblemente, en este caso, el agua separada se hace circular para mezclarla con una cantidad de yeso de nueva aportación, para introducirla en el recipiente para iniciar un procedimiento de calcinación adicional. En este caso, la energía térmica contenida en el agua separada reduce el requisito de calentamiento del recipiente para alcanzar la temperatura elevada de, p. ej., 110°C a 180°C.
Cuando el agua se separa de la suspensión de hemihidrato alfa, el contenido de agua libre de la suspensión restante es típicamente de 1 a 30% en peso, preferiblemente de 5 a 30% en peso, más preferiblemente de 8 a 30% en peso.
Preferiblemente, el método comprende además la etapa de triturar la suspensión de hemihidrato alfa para reducir el tamaño de las partículas en ella. Se cree que la trituración de la suspensión de hemihidrato alfa da como resultado una mayor reactividad de las partículas de hemihidrato alfa, para aumentar la velocidad de hidratación de las partículas de hemihidrato alfa durante la etapa de formación de una suspensión fraguable. La etapa de triturar la suspensión de hemihidrato alfa puede llevarse a cabo usando técnicas de trituración en húmedo. En este caso, la trituración puede llevarse a cabo a una temperatura de 50°C o más, preferiblemente 70°C o más, más preferiblemente 80°C o más.
Los métodos para controlar el tamaño de las partículas de hemihidrato alfa durante la etapa de calcinación son conocidos en la técnica y se pueden usar como alternativa o además de la etapa de trituración.
Preferiblemente, durante la etapa de pasar la suspensión de hemihidrato alfa desde el recipiente de calcinación al mezclador, la temperatura de la suspensión de hemihidrato alfa se mantiene a 70°C o más. Manteniendo la temperatura de la suspensión de hemihidrato alfa a este nivel, se cree que puede evitarse la hidratación de las partículas de hemihidrato alfa para formar un producto de yeso fraguable hasta la entrada de la suspensión de hemihidrato alfa en el mezclador. Preferiblemente, la temperatura de la suspensión de hemihidrato alfa se mantiene por encima de 80°C, más preferiblemente por encima de 85°C.
Además, es deseable que la etapa de pasar la suspensión de hemihidrato alfa del recipiente de calcinación al mezclador no requiera demasiado tiempo, para evitar la hidratación adicional de las partículas de hemihidrato alfa hasta la entrada de las partículas en el mezclador. Típicamente, el tiempo requerido para que la suspensión de hemihidrato alfa pase del recipiente de calcinación al mezclador es inferior a 120 minutos, preferentemente inferior a 60 minutos, más preferentemente inferior a 30 minutos.
La adición de agua fría a 20-30°C en el mezclador, para mezclar con la suspensión de hemihidrato alfa, disminuirá rápidamente la temperatura de la suspensión del hemihidrato alfa, para promover la hidratación de las partículas de hemihidrato alfa para formar un producto de yeso fraguable.
El método comprende además la adición de uno o más aditivos adicionales a la suspensión de hemihidrato dentro del mezclador, tales como aceleradores y agentes espumantes.
Preferiblemente, el producto a base de yeso comprende una placa de yeso.
Preferiblemente, la suspensión de hemihidrato alfa se pasa del recipiente al mezclador sin pasar por una etapa de secado.
Ahora se describirá una realización de la presente invención a modo de ejemplo solamente y con referencia al dibujo adjunto que proporciona una ilustración esquemática de las etapas asociadas con el método según una realización de la presente invención.
Haciendo referencia al dibujo, el método según una realización de la presente invención comprende la etapa inicial de formar una mezcla 20 de agua y yeso 10 en una proporción de aproximadamente 1 parte de yeso por 1,5 partes de agua, presurizar la mezcla en un presurizador 30 y precalentarla por medio de un intercambiador 40 de calor (por ejemplo, un intercambiador de calor agua/agua). A continuación, la mezcla se introduce en un recipiente 50 de calcinación, p. ej., por medio de una bomba o en una larga columna de agua. La mezcla se calienta subsecuentemente a una temperatura en el intervalo 130°C-140°C y el recipiente 50 se presuriza a una presión en el intervalo 3-5 bares. El recipiente 50 se llena sustancialmente con la mezcla para eliminar cualquier espacio libre en el mismo, de manera que se evita que el agua dentro del recipiente 50 y principalmente el agua derivada de la calcinación del yeso se evapore y, de este modo, escape del recipiente 50.
Después de la etapa de calcinación, la mezcla resultante de agua y suspensión 60 de hemihidrato alfa se enfría a una temperatura de aproximadamente 90°C usando el intercambiador 40 de calor, se despresuriza en un despresurizador 70 y se pasa a una unidad 80 de separación, en donde la suspensión de hemihidrato se separa sustancialmente del agua. El agua circula desde la unidad 80 de separación de regreso al recipiente 50 para precalentar el agua y el yeso subsecuentes antes de entrar al recipiente 50 y de este modo reducir las demandas de energía asociadas con el calentamiento de la mezcla. La suspensión de hemihidrato alfa que comprende aproximadamente un 6% de agua se pasa desde la unidad 80 de separación a un mezclador 90, para el subsecuente procesamiento posterior de la suspensión que incluye la adición de agua 100 y aditivos opcionales, tales como aceleradores 110 (para reducir el tiempo de fraguado) y agentes espumantes 120 para producir una suspensión fraguable. Sin embargo, también se prevé que el procesamiento posterior pueda comprender además la trituración de la suspensión de hemihidrato (por ejemplo, en un triturador 140 de tornillo) para reducir el tamaño de las partículas dispuestas en él antes de que la suspensión de hemihidrato alfa se introduzca en el mezclador 90. A este respecto, la suspensión de hemihidrato se pasa al mezclador 90 para lograr la fluidez requerida y las características de fraguado, sin pasar por ninguna etapa de secado, reduciendo por ello la demanda de energía para producir el producto de yeso. Además, la suspensión fraguable resultante que comprende un 30-40% de agua que luego se pasa a una línea 130 de producción para la preparación subsecuente de un producto de yeso, tal como una placa de yeso, requerirá menos curado debido a la reducción de las cantidades de agua que se requieren para lograr la deseada fluidez de la suspensión fraguable de hemihidrato alfa, en comparación con la cantidad de agua requerida para alcanzar la fluidez deseada de una suspensión fraguable de hemihidrato beta. Dado que el hemihidrato alfa típicamente tiene una velocidad de hidratación más lenta que el hemihidrato beta, los tiempos de fraguado para la suspensión de hemihidrato alfa suelen ser más prolongados que para la suspensión de hemihidrato beta. De este modo, en la fabricación de placas de yeso, generalmente es deseable cuando se usa una suspensión de hemihidrato alfa, tener una banda de formación más larga para proporcionar tiempo suficiente para el fraguado de la suspensión.
Claims (12)
1. Un método para formar un producto basado en yeso, comprendiendo el método las etapas de:
calcinar una mezcla de agua y yeso en condiciones de temperatura y presión elevadas dentro de un recipiente para producir una suspensión de hemihidrato alfa en el mismo, en el que la temperatura elevada comprende una temperatura dentro del intervalo de 110°C a 170°C, y en el que la presión elevada comprende una presión dentro del intervalo de 2 a 8 bares;
reducir el contenido de agua de la suspensión de hemihidrato alfa para proporcionar una corriente de agua separada de la suspensión de hemihidrato alfa; y subsecuentemente
pasar la suspensión de hemihidrato alfa del recipiente a un mezclador para mezclarla con agua adicional para reducir la temperatura de la suspensión de hemihidrato alfa y producir una suspensión fraguable, que está dispuesta para fraguar para formar el producto a base de yeso, en el que el agua adicional tiene una temperatura de 20-30°C.
2. Un método según la reivindicación 1, en el que la etapa de calcinación comprende llenar sustancialmente el recipiente con agua y yeso de modo que el recipiente esté sustancialmente desprovisto de espacio libre, de modo que se evite que se evapore el agua producida durante la calcinación del yeso.
3. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además la etapa de enfriar la suspensión de hemihidrato alfa después de la etapa de calcinar la mezcla de agua y yeso.
4. Un método según la reivindicación 3, en el que la suspensión de hemihidrato alfa se enfría a una temperatura inferior a 1002C.
5. Un método según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, que comprende la etapa adicional, después de la etapa de enfriar la suspensión de hemihidrato alfa, de despresurizar la suspensión.
6. Un método según la reivindicación 5 que comprende además hacer circular la corriente de agua separada para precalentar más yeso antes de entrar en el recipiente.
7. Un método según la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en el que después de la etapa de reducir el contenido de agua de la suspensión de hemihidrato alfa, el contenido de agua de la suspensión de hemihidrato alfa se encuentra dentro de un intervalo de 1-10% en peso.
8. Un método según cualquier reivindicación anterior, comprende además la etapa de triturar la suspensión de hemihidrato alfa para reducir el tamaño de las partículas en ella.
9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de pasar la suspensión de hemihidrato alfa del recipiente al mezclador comprende la etapa de mantener la temperatura de la suspensión de hemihidrato alfa por encima de 70°C.
10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tiempo que tarda la suspensión de hemihidrato alfa en pasar del recipiente al mezclador es inferior a 120 minutos.
11. Un método según cualquier reivindicación anterior, que comprende además la adición de uno o más aditivos a la suspensión de hemihidrato dentro del mezclador, tal como un acelerador y/o un agente espumante.
12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la suspensión de hemihidrato alfa se pasa desde el recipiente hasta el mezclador sin pasar por una etapa de secado.
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