ITLU20000004A1 - Processo di preparazione slurry di carbonato di calcio a partire da marmettola ottenuta con trattamento di chiari-flocculazione a due compon - Google Patents

Description

Domanda di Brevetto per invenzione industriale dal titolo:

Processo per la preparazione di slurry di carbonato di calcio a partire da marmettola ottenuta con trattamento di chiari-flocculazione a due componenti, attivatori tipo resine fenoliche e polieteri tipo polietilenossido.

Campo dell' invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un processo per la preparazione di slurry di carbonato di calcio a partire da marmettola proveniente da diverso trattamento di chiari-flocculazione acque di lavorazione pietra calcarea , dove vengono utilizzati prodotti attivatori tipo resine fenoliche abbinati a polieteri tipo polietilenossido (PEO), copolimeri acrilammide polietilenglicol ecc.

Stato dell’arte

La produzione di sospensioni di carbonato di calcio in acqua , nominate correntemente slurry, riveste un notevole interesse visto il vasto impiego industriale di queste sospensioni , ad esempio per la lavorazione della carta. E’ noto che dette sospensioni venivano preparate a partire da pietra calcarea che veniva lavata e macinata in frantoi a martelli, quindi ridotta con una successiva macinazione a particelle delle dimensioni volute e vagliata ; il materiale cosi ottenuto veniva immagazzinato come tale oppure disperso in acqua in modo da avere la dispersione voluta già pronta per ì successivi usi. Questo processo presentava problemi e costi elevati a causa delle successive macinazioni necessarie.

Nel brevetto Italiano N° 1.279.239 è descritto un processo alternativo che supera i problemi suddetti utilizzando come prodotto di partenza per la produzione degli slurry desiderati i residui della lavorazione del marmo, che si presentano normalmente come fanghi detti in gergo “marmettola” , al posto della pietra calcarea. Il processo descritto nel brevetto suddetto prevede l' aggiunta ai fanghi di partenza di opportuni agenti disperdenti . Nonostante i notevoli vantaggi presentati da questo processo rispetto a quello precedente esso si rivela ancora insoddisfàcente quando si voglia ottenere un particolato finale di finezza elevata , ad esempio con particelle di diametro inferiore a 2 μm in quantità maggiori al 75 % del totale, al contenuto in sostanza secca superiore al 70 -75%, con viscosità di 200-400 cps tale da permettere il buon funzionamento delle macchine di produzione. In questi casi infatti si ha un aumento della viscosità della sospensione con rischi di sua gelificazione ed anche l’eventuale aggiunta di disperdente in quantità elevate, a parte Γονvio incremento dei costi che questo comporterebbe, spesso è insufficiente a superare il problema. Ciò è dovuto principalmente alla presenza nella marmettola attualmente disponibile di polimeri tipo poliacrilammide solitamente anionica , utilizzati come flocculenti nel processo di chiariflocculazione delle acque di lavorazione pietra calcarea.

Descrizione dettagliata dellinvenzione

La presente invenzione consente di superare il problema suddetto nel caso della produzione di slurry in cui il particolato della sospensione a dimensioni inferiori a 2 μm deve essere in concentrazione superiore al 75 %, il contenuto secco e superiore al 70-75% e la viscosità è inferiore a 400 cps grazie all’uso di una materia prima definibile nuova marmettola , perchè proveniente da un diverso procedimento di chiari-flocculazione , ovvero dal pretrattamento delle acque di lavorazione del marmo o pietra calcarea con prodotti definiti come attivatori tipo resine fenoliche, acido tannico , acidi arii solfonici, polimeri comunemente conosciuti come coiattoli e la flocculazione prima del sedimentatore con polieteri tipo polietilenossido(PEO) , copolimeri acrilammide polietilene glicol ,con peso molecolare solitamente maggiore di 500.000 o prodotti con caratteristiche chimiche e fìsiche similari. I dosaggi di entrambi i prodotti sono naturalmente dipendenti dalla tipologia di ciascun sistema di lavorazione , comunque in genere sono sufficienti 5 - 300 ppm di attivatore e 2 - 150 ppm di polimero espressi sul volume di acque trattate . Al fine di mantenere i costi più bassi possibile è consuetudine ottimizzare i dosaggi in funzione del grado di chiarificazione delle acque richiesto , ad esempio pùò anche essere dosato solamente il primo prodotto o attivatore , purché i tempi di sedimentazione siano tali che all’uscita l’acqua trattata risulti sufficientemente chiarificata. Il polimero infatti favorisce la flocculazione riducendo drasticamente i tempi di sedimentazione del materiale sospeso.

Fra gli attivatori o resine fenoliche o resine fenolo formaldeide o coiattoli idonei al pretrattamento delle acque possiamo indicare:

1) PULFIX® BL

2) GP® 652 D 70

3) INTERAC® 1169 oppure INTERAC® 1323

4) RESOL®7544 oppure RESOL®7543

5) Poli-4-vinil fenolo

6) Acido Tannico oppure kraft lignin solfonati di sodio modificati

7) Acido m-xilen solfonico ;acido arii sulfonico; deidrossi-difenil sulfone.

Particolarmente preferiti tra gli attivatori sono i prodotti tipo PULFIX BL , RESOL 7544® ,poli-4-vinil fenolo.

Fra i polimeri tipo polieteri o polietilenossido o copolimeri acrilammide etilenglicole , possiamo indicare :

1) UCARFLOC® Polymers (300;302;304;309)

2) PEO-PFE

3) ALKOX E300C

4) Galattomannani

Particolarmente preferiti sono i prodotti Ucarfloc polymers®304 , PEO-PFE e Alkox E 300C.

Le interazioni tra i due componenti del suddetto trattamento di chiariflocculazione , sono in linea di massima dovute ai forti legami ad idrogeno formatisi tra gli attivatori adsorbiti sulle particelle di calcare ed il polimero polietereo.

Possiamo comunque indicare per brevità alcuni riferimenti bibliografici :

1) Alince3-J.Porubska and T.G.M. van de Ven , “ Ground and Precipitated CaC03 deposition on fibres in thè presence of PEO and Krait Lignin”, Paper Technology, March 1997, 51-54 (1997).

2) Xiao,H.,R.Pelton and A.Hamielec, “ The Association of Acqueous Phenolic Resin with Polyethylene Oxide and Poly(aciylamide-co-ethylene glycol)”, LPolymer Sci.,Part A: Polymer Chem. 33,2605-2612 (1995a).

La marmettola prodotta con il suddetto trattamento risulta inoltre più compatta , paiabile e con un tenore di acqua residua inferiore a quella prodotta con il procedimento tradizionale. Grazie alle migliori caratteristiche della nuova marmettola è possibile ottenere con sistemi di macinazione ad umido un prodotto con particolato di dimensioni inferiori ad 2 micron in quantità superiore al 75% , contenuto secco superiore al 70-75% , mantenendo la viscosità entro valori inferiori a 700 cps ,con buoni disperdenti acrilici si possono ottenere valori inferiori a 300 cps, che è la viscosità richiesta per questo tipo di lavorazione e per l’utilizzatore finale. Secondo il processo della presente invenzione i fanghi “marmettola” prodotta con il suddetto diverso trattamento , suddivisi a seconda del grado di pulizia e del colore finale dello slurry che si vuole ottenere, vengono diluiti in acqua e addizionati degli opportuni disperdenti in apposite vasche eventualmente munite di una o più giranti. La quantità di acqua aggiunta è normalmente tale che la quantità totale di acqua presente dopo la diluizione è compresa fra il 15 - 40 % in peso (calcolato sul secco); la viscosità finale della sospensione dopo l’aggiunta dei disperdenti è compresa tra SO - 700 cps. La sospensione così ottenuta è filtrata, eventualmente fatta passare attraverso separatori magnetici ed infine macinata in mulino a microsfere di ossido di zirconio oppure a sabbia silicea o quarzo , con funzionamento a ciclo continuo oppure discontinuo.Durante la fase di macinazione vengono aggiunti ancora i disperdenti in modo da mantenere la viscosità entro i valori sopra indicati, ed eventuali antischiuma.La sospensione è infine stabilizzata microbiologicamente per aggiunta di sostanze biocide ed il prodotto è immagazzinato pronto per l’uso in serbatoi eventualmente muniti di agitatore in modo da mantenere il prodotto finale perfettamente omogeneo. I disperdenti utilizzati sono quelli comunemente usati per questo tipo di operazione , ad esempio : fosfati alcalini, poliacrilati alcalini, fosfonati ecc.

ESEMPIO

1. Preparazione nuova-marmettola con il procedimento a due componenti. La preparazione viene fatta presso un sistema di chiarificazione acque di lavorazione pietra calcarea. Tale sistema è composto da vasca di accumulo acque sporche, sedimentatore, vasche acque chiarificate e fanghi oltre a filtropressa per loro disidratazione finale. L’impianto di dosaggio dei prodotti sopra menzionati consiste di pompe dosatrici e serbatoi per la preparazione e lo stoccaggio delle soluzioni dei prodotti previsti. E’ stato utilizzato l’attivatore (RESOL 7544®) mentre il polimero è il polietilenossido (UCARFLOC®Polymer 304) . Le acque di lavorazione inviate all’impianto contenevano inizialmente 40000 — 50000 ppm di solidi sospesi , con una portata di 500 litri al minuto , per 30 minuti /ora. Si dosano nella vasca di accumulo acque sporche 3-10 litri/ora di soluzione al 10% di attivatore (RESOL07544). Quando il livello nella suddetta vasca di accumulo raggiunge il punto prefissato, si avvia la pompa di sollevamento che alimenta il sedimentatore con una portata di circa 1000 litri/min. e contemporaneamente viene dosata in linea la soluzione allo 0,1% del polimero (UCARFLOC® Polymer 304) ,con una portata di 100-400 litri/ora .Le acque cosi trattate si presentano in ingresso al sedimentatore fortemente fllocculate , i fanghi si separano velocemente , mentre dal sedimentatore esce un’acqua ben chiarificata ( 60-300 ppm solidi sospesi residui) che viene riutilizzata nel processo di lavorazione della pietra calcarea. I fanghi sedimentati sono inviati in vasca di accumulo e disidratati successivamente con filtropressa , arrivando facilmente a valori di acqua residua inferiore al 30 % in peso.

2. Processo di macinazione per la produzione di “ slurry”.

A 750 g di marmettola ottenuta con il suddetto trattamento ( che presenta un contenuto di acqua del 20% in peso ca.) sono stati aggiunti 150 g di acqua e 4 g di disperdente costituito da Idrocril 58®.

Alla fine della diluizione il contenuto di acqua è quindi passato dal 20% iniziale al 35% (calcolato sul secco). La dispersione è stata filtrata con un filtro a rete metallica ( maglie 1 mm) per eliminare le impurità più grossolane e trattata in un mulino a sfere di ossido di zirconio del diametro medio di 2 mm . Il mulino è del tipo a vasca di macinazione contenente il materiale macinante , il prodotto da macinare ed un albero ruotante munito di braccia per la movimentazione del sistema e provocare quindi per urti e sfregamento la macinazione del prodotto . Ad intervalli di circa 30’ e 60’ di macinazione si sono prelevati dei campioni di prodotto per controllo. La viscosità durante la macinazione è stata mantenuta intorno al valore iniziale di circa 200 cps mediante aggiunta di disperdente. La quantità di disperdente complessivamente impiegata è inferiore al 2% espresso sul peso di prodotto finale. Dopo 60’ di macinazione si è ottenuto lo slurry voluto , il 90% del particolato è di dimensione inferiore a 2μm, il contenuto secco è circa il 77% e la viscosità è di 200-250 cps come richiesto. Lo slurry secondo l’invenzione può contenere metalli pesanti , in parte già presenti nella pietra lavorata ed in parte derivati dall’usura dei macchinari utilizzati per la lavorazione.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Processo per Γ ottenimento di slurry di carbonato di calcio con dimensione medie di particolato inferiori a 2μm a partire da marmettola o fango proveniente da processo di chiari-flocculazione dove al posto dei consueti polimeri a base poliacrilammide solitamente anionica viene fatto un pretrattamento delle acque di lavorazione pietra calcarea con prodotti definiti come attivatori ed infine la flocculazione per ridurre i tempi di sedimentazione ed aumentare la chiarificazione con polimeri tipo polieteri; 2. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui i prodotti utilizzati per il pretrattamento delle acque di lavorazione pietra calcarea definiti comunemente come attivatori o coiattoli, sono resine fenoliche, resine fenolo-formaldeide, acido tannico, poli-4-vinil fenolo, acido m-xilen solfonico o acidi aril solfonici, deidrossi-difenil-solfone, lignin solfonati modificati. 3. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui i polimeri utilizzati dopo gli attivatori, per la flocculazione finale sono polieteri , polietilen ossidi , copolimeri acrilammide-etilenglicol , galattomannani , polimeri non ionici similari, con peso molecolare solitamente superiore a 500.000. 4. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui i prodotti attivatori ed i polimeri polieteri sono presenti nella marmettoia perché derivati da processo di chiari-flocculazione acque lavorazione pietra, in concentrazioni comprese tra 1-1500 ppm sul fango secco. 5. Processo secóndo la rivendicazione 1 in cui: a) tali fanghi “marmetta la”, suddivisi a seconda del grado di pulizia e colore finale dello slurry che si vuole ottenere, vengono diluiti con acqua e addizionati degli opportuni disperdenti; b) la sospensione cosi ottenuta viene filtrata ed eventualmente fetta passare attraverso separatori magnetici. c) il prodotto cosi ottenuto viene macinato con mulino a microsfere di ossido di zirconio oppure a sabbia silicea o di quarzo , poi filtrato con eventuale aggiunta di stabilizzanti . d) la sospensione viene infine stabilizzata microbiologicamente per aggiunta di sostanze biocide ed il prodotto viene immagazzinato pronto all’uso. 6. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui la quantità di acqua aggiunta per la dispersione di cui al punto (c) è tale per cui il contenuto finale di acqua nella sospensione è pari al 15 - 40% in peso (calcolato sul secco). 7. Processo secondo la rivendicazione 5 in cui la viscosità finale della sospensione è mantenuta inferiore a 600 cps . 8. Slurry di carbonato di calcio ottenuta secondo il processo della rivendicazione 1. 9. Slurry secondo la rivendicazione 7 contenente metalli pesanti.