MX2014011209A - Metodo para la produccion de silice precipitada que comprende un paso de concentracion con membrana. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para la producción de sílice precipitada, en el cual se hace reaccionar un silicato con un agente acidificante con el fin de obtener una suspensión de sílice precipitada (S1) y a continuación: un paso de separación con el fin de obtener una masa húmeda, un paso de desintegración de la masa húmeda con el fin de obtener una suspensión de sílice precipitada (S2) y un paso de secado de la suspensión. De acuerdo con la invención, se realiza un paso de concentración con membrana entre el paso de desintegración y el paso de secado.

Description

MÉTODO PAPA LA PRODUCCIÓN DE SÍLICE PRECIPITADA QUE COMPRENDE UN PASO DE CONCENTRACIÓN CON MEMBRANA La presente invención se refiere a un proceso mejorado para preparar sílice precipitada.

Es una práctica conocida utilizar sílices precipitadas como soporte para catalizadores, como absorbente para materiales activos (en particular soportes para líquidos, por ejemplo, aquellos utilizados en alimentos tales como vitaminas (especialmente la vitamina E) o cloruro de colina) , como agente potenciador de la viscosidad, texturizante o antiaglomerante, como elemento separador en baterías o como aditivo para la pasta de dientes o el papel .

También es posible utilizar las sílices precipitadas como relleno reforzante en matrices de silicona (por ejemplo, para recubrir cables eléctricos) o en composiciones basadas en uno o más polímeros sintéticos o naturales, en particular uno o más elastómeros, especialmente uno o más elástomeros diénicos, por ejemplo, para suelas de zapatos, cubiertas para suelos, barreras para gases, materiales ignífugos y también componentes para usos tecnológicos tales como rodillos de teleféricos, cierres herméticos para electrodomésticos, cierres herméticos para tuberías de gas o de líquidos, cierres herméticos para sistemas de freno, revestimientos, cables y correas de transmisión.

La sílice precipitada se ha utilizado en particular desde hace mucho tiempo como relleno blanco reforzante en elastómeros y, especialmente, en llantas.

En general, la sílice precipitada se prepara mediante una reacción de precipitación entre un silicato, en particular un silicato de un metal alcalino, y un agente acidificante, seguida de una etapa de separación por filtración con el fin de obtener una masa húmeda de filtración y, normalmente por una etapa de lavado de dicha masa húmeda, a continuación por una etapa opcional de desintegración de la masa húmeda de filtración y por una etapa de secado de dicha masa húmeda, p. ej . , mediante atomización.

En el contexto de los procesos del estado de la técnica, la masa húmeda, generalmente tras la operación de desintegración, sometida a la etapa de atomización comprende una gran cantidad de agua. Por consiguiente, la implementación de la etapa de atomización hace posible en particular eliminar esta gran cantidad de agua, que requiere una gran cantidad de tiempo y consume una gran cantidad de energía .

Por consiguiente, uno de los objetivos de la presente invención consiste en proporcionar un proceso para la preparación de sílice precipitada que hace posible limitar los costos energéticos, en particular en lo que se refiere al secado.

Uno de los objetivos de la invención consiste, en particular, en proporcionar una alternativa a los procesos conocidos para la preparación de sílice precipitada que sea económica y fácil de llevar a cabo.

Uno de los objetivos de la presente invención consiste preferentemente en proporcionar un proceso que haga posible reducir el consumo energético en el secado, en particular respecto a los procesos del estado de la técnica, generalmente en al menos aproximadamente un 10%, en particular en al menos aproximadamente un 15%, por ejemplo, en al menos aproximadamente un 20%.

Uno de los objetivos de la presente invención consiste preferentemente en proporcionar un proceso que haga posible incrementar la capacidad productiva del proceso para la preparación de sílice precipitada, especialmente en la etapa de secado, en particular respecto a los procesos del estado de la técnica, generalmente en al menos aproximadamente un 15%, en particular en al menos aproximadamente un 20%, por ejemplo, en al menos aproximadamente un 25%.

Por consiguiente, la presente invención se refiere a un proceso para la preparación de sílice precipitada que comprende la reacción de un silicato con un agente acidificante con el fin de obtener una suspensión de sílice precipitada (SI) , seguida por una etapa de separación con el fin de obtener una masa húmeda, por una etapa de desintegración de dicha masa húmeda, con el fin de obtener una suspensión de sílice precipitada (S2) y por una etapa de secado de esta suspensión, y donde la etapa de concentración con membrana se lleva a cabo entre dicha etapa de desintegración y dicha etapa de secado.

En particular, el proceso de acuerdo con la presente invención comprende, por lo tanto, las siguientes etapas: - se hace reaccionar al menos un silicato (reacción de precipitación) con al menos un agente acidificante, de modo que se obtenga una suspensión de sílice precipitada (SI) , se lleva a cabo una etapa de separación sólido/líquido, más concretamente una etapa de filtración, con el fin de obtener un producto sólido, también denominado "masa húmeda de filtración" , se somete dicha masa húmeda de filtración a una operación de desintegración, con el fin de obtener una suspensión de sílice precipitada (S2) , posteriormente se lleva a cabo una etapa de concentración con membrana sobre dicha suspensión (S2) , y se seca el producto obtenido de este modo, preferentemente mediante atomización.

La etapa específica del proceso de la invención, tomada junto con otras etapas de dicho proceso, consiste en una etapa de concentración con membrana que hace posible retirar mecánicamente una gran cantidad de agua de la suspensión (S3) obtenida tras la desintegración.

Una operación de este tipo, combinada con las otras etapas del proceso, hace posible entonces incrementar el contenido en sólidos del producto antes de la etapa de secado. El producto que se somete posteriormente al secado comprende menos agua, lo cual da como resultado un ahorro energético en la etapa de secado posterior.

La implementación del proceso de acuerdo con la invención hace posible incrementar la productividad, en particular durante la etapa de secado, en al menos aproximadamente un 15%, preferentemente en al menos aproximadamente un 20%, por ejemplo, en al menos aproximadamente un 25%, respecto a los procesos del estado de la técnica, de manera conveniente a la vez que no degrada las propiedades de la sílice precipitada obtenida, en particular su dispersibilidad, especialmente en los elastomeros .

La etapa de concentración empleada conlleva técnicas de membrana. Consiste, en particular, en hacer circular la suspensión (S2) mencionada anteriormente a través de una membrana y en recuperar el concentrado obtenido de esta manera .

Estas técnicas de membrana son muy conocidas por el experto en la técnica.

De acuerdo con una realización del proceso de la invención, la etapa de concentración con membrana se lleva a cabo por filtración tangencial. Esta técnica de filtración tangencial también es muy conocida por el experto en la técnica .

Por lo tanto, la filtración tangencial consiste en hacer pasar un fluido, concretamente la suspensión (S2) mencionada anteriormente, tangencialmente respecto a la superficie del filtro. Es la presión del fluido lo que permite que la última pase a través del filtro. Las partículas, en este caso, permanecen en un flujo de circulación tangencial y, por consiguiente, el bloqueo del medio de filtración tiene lugar con mucha menos rapidez .

De acuerdo con una realización del proceso de la invención, la etapa de concentración con membrana se lleva a cabo por filtración tangencial dinámica o estándar.

En el caso de la filtración tangencial estándar, la membrana utilizada es estacionaria y, por consiguiente, es el fluido, concretamente en este caso la suspensión (S2) , la que circula. En el caso de una filtración tangencial dinámica, la membrana está en movimiento. Estas dos técnicas de filtración tangencial son muy conocidas por el experto en la técnica.

De acuerdo con una realización preferida del proceso de la invención, la etapa de concentración con membrana se lleva a cabo por filtración tangencial dinámica, en particular del tipo vibratorio (por ejemplo, utilizando el sistema VSEP (siglas en inglés de procesamiento realzado de cizalla vibratorio)) o del tipo rotatorio.

De acuerdo con una realización del proceso de la invención, la etapa de concentración con membrana se lleva a cabo por filtración tangencial dinámica rotatoria.

En el contexto del proceso de acuerdo con la invención, se utiliza por consiguiente, por ejemplo, la técnica de filtración tangencial dinámica con discos rotatorios. En este proceso, los discos cerámicos rotatorios generan entonces movimientos turbulentos y una diferencia en la velocidad entre el medio de filtración y la suspensión. Estos movimientos turbulentos evitan que se formen aglomerados sólidos en la superficie de las membranas que puedan impedir la filtración. Esta tecnología consiste en eliminar el agua mecánicamente y no por evaporación, lo que hace posible al final reducir los costos energéticos.

De acuerdo con una realización del proceso de la invención, el producto obtenido al término de la etapa de concentración con membrana es una suspensión (S3) de sílice precipitada que tiene un contenido en sólidos superior a un 24% en peso, preferentemente de al menos un 26% en peso.

De acuerdo con una realización del proceso de la invención, el producto obtenido al término de la etapa de concentración con membrana es una suspensión (S3) de sílice precipitada que tiene un contenido en sólidos comprendido entre un 25% y un 30% en peso.

De acuerdo con una realización del proceso de la invención, la etapa de concentración con membrana se lleva a cabo en condiciones de temperatura elevada y en particular a una temperatura comprendida entre 40 y 90 °C.

El proceso de acuerdo con la invención se refiere a un proceso para la síntesis de sílice precipitada, es decir, se lleva a cabo en primer lugar una etapa de precipitación en la cual se hace reaccionar al menos un agente acidificante con al menos un silicato, sin limitarse a un tipo específico de sílice precipitada.

El proceso de acuerdo con la invención se puede llevar a cabo en particular para la preparación de sílices precipitadas tales como las obtenidas de acuerdo con los procesos descritos, por ejemplo, en las solicitudes EP 0 520 862, EP 0 670 813, EP 0 670 814, EP 0 917 519, WO 95/09127, WO 95/09128, WO 98/54090, WO 03/016215, WO 2009/112458 o WO 2012/010712.

La reacción de precipitación por reacción de un silicato con un agente acidificante se puede llevar a cabo en el proceso de acuerdo con la presente invención de acuerdo con cualquier método de preparación, en particular, por adición de un agente acidificante al material de partida que es un silicato, o si no, por adición simultánea total o parcial, de un agente acidificante y un silicato a un material de partida que es agua, o del silicato o del agente acidificante.

La elección del agente acidificante y el silicato se realiza de una manera muy conocida por sí misma. Como agente acidificante, se utiliza generalmente un ácido inorgánico fuerte tal como ácido sulfúrico, ácido nítrico o ácido clorhídrico, o también un ácido orgánico tal como ácido acético, ácido fórmico o ácido carbónico.

Se obtiene, al término de la etapa de precipitación, una suspensión (o suspensión espesa) SI de sílice precipitada, a la cual es posible añadir opcionalmente varios aditivos, que se separa posteriormente.

De acuerdo con una realización específica de la invención, la etapa de separación mencionada anteriormente consiste en una etapa de separación sólido/líquido . Preferentemente, consiste en una etapa de filtración, al término de la cual se obtiene una masa húmeda de filtración seguida, si procede, por una etapa de lavado de dicha masa húmeda .

La filtración se puede llevar a cabo de acuerdo con cualquier método adecuado, por ejemplo, utilizando una prensa de filtración, un filtro de banda o un filtro al vacío rotatorio .

La masa húmeda obtenida se somete posteriormente a una etapa de desintegración. La operación de desintegración es una operación de fluidificación o licuefacción, en la cual la masa húmeda de filtración se transforma en líquido y donde la sílice precipitada vuelve a estar de nuevo en suspensión. En general, esta operación hace posible, en particular, reducir la viscosidad de la suspensión que se va a secar posteriormente. Por consiguiente, esta operación se puede llevar a cabo sometiendo la masa húmeda de filtración a una acción química, por ejemplo, por adición de un compuesto de aluminio tal como aluminato de sodio y/o ácido, preferentemente acoplada con una acción mecánica (por ejemplo, haciéndola pasar a través de una cubeta que se agita continuamente o a través de un molino de tipo coloidal) . La suspensión (en particular la suspensión acuosa) S2 obtenida tras la desintegración exhibe generalmente una viscosidad relativamente baja.

De acuerdo con una realización, el proceso de la invención puede comprender una etapa de trituración de agregados entre la etapa de separación y la etapa de desintegración.

Esta etapa opcional consiste en el desmenuzamiento de la masa húmeda resultante de la etapa de separación y hace posible reducir el tamaño de partícula de dicha masa húmeda. Por ejemplo, esta etapa se puede llevar a cabo utilizando una trituradora de Gericke, en la cual se fuerza el paso de la masa húmeda a través de un tamiz con un diámetro inferior a 20 rara, preferentemente con un tamaño comprendido entre 2 y 14 mm. Esta etapa de trituración de agregados también se puede llevar a cabo utilizando dispositivos de Wyssmont, tales como la "trituradora de agregados con jaula rotatoria" , la "trituradora de agregados con jaula rotatoria doble" o la "trituradora de agregados con trisquelión" .

La suspensión de sílice precipitada S2 obtenida en la etapa de desintegración se somete a una etapa de concentración con membrana tal como se ha descrito anteriormente.

La suspensión de sílice precipitada S3 resultante de la etapa de concentración con membrana se seca posteriormente .

Este secado se puede llevar a cabo de acuerdo con cualquier medio conocido por sí mismo.

De acuerdo con una realización preferida del proceso de la invención, el secado se lleva a cabo por atomización.

Con este fin, se puede utilizar cualquier tipo de atomizador adecuado, en particular un atomizador rotatorio, de boquilla, de presión de líquidos o de dos fluidos.

Preferentemente, en el proceso de acuerdo con la invención, la etapa de separación se lleva a cabo por medio de un filtro a vacío (en particular, un filtro a vacío rotatorio) y la etapa de secado se lleva a cabo utilizando un atomizador de boquilla.

Cuando la operación de secado se lleva a cabo mediante un atomizador de boquilla, la sílice precipitada que se puede obtener entonces existe convenientemente en forma de perlas (microperlas) sustancialmente esféricas, preferentemente con un tamaño medio de al menos 80 µt?.

Al término de esta operación de secado, es opcionalmente posible llevar a cabo una etapa de molienda con el producto recuperado; la sílice precipitada obtenida entonces existe generalmente en forma de un polvo, preferentemente con un tamaño medio comprendido entre 5 y 70 µp?.

Cuando la operación de secado se lleva a cabo mediante un atomizador rotatorio, la sílice precipitada que se puede obtener entonces puede existir en forma de un polvo, por ejemplo con un tamaño medio comprendido entre 5 y 70 µp?.

El producto secado (por ejemplo mediante un atomizador rotatorio) o molido según se ha indicado anteriormente se puede someter opcionalmente a una etapa de aglomeración, que consiste, por ejemplo, de una compresión directa, una granulación húmeda (es decir, que utiliza un aglutinante tal como agua, una suspensión de sílice y similares) , una extrusión o, preferentemente, una compactación en seco.

Cuando se utiliza esta última técnica, puede resultar aconsejable, antes de llevar a cabo la compactación, desairear (operación que también se denomina predensificacion o desgasificación) los productos pulverulentos con el fin de eliminar el aire incluido en ellos y garantizar una compactación más uniforme.

La sílice precipitada que se puede obtener al término de esta etapa de aglomeración existe generalmente en forma de gránulos, en concreto con un tamaño de al menos 1 mm, por ejemplo entre 1 y 10 mm, especialmente a lo largo del eje de su dimensión mayor.

Los siguientes ejemplos ilustran la invención sin limitar, a pesar de ello, el alcance de esta.

EJEMPLOS Ejemplo 1 La suspensión de sílice precipitada utilizada (S2) es una suspensión espesa de sílice Z1165MP, resultante de una etapa de filtración seguida por una etapa de desintegración de la masa húmeda obtenida en la etapa de filtración, que exhibe las siguientes características: Temperatura: 50 °C pH: 6.0 - 6.5 Humedad: 77% Una porción (S'2) de la suspensión S2 se seca directamente por atomización.

La otra porción de la suspensión S2 se somete a una etapa de concentración con membrana en una unidad de filtración DCF 152/0.14 (Kmpt) , desarrollando un área superficial de filtración de 0.14 m2 y utilizando membranas de Al203 (Kerafol) con un diámetro de poro de 200 nm.

La presión transmembrana se fija a 0.8 bar y se llevan a cabo lavados a contracorriente a 0.4 bar cada 4 segundos .

El caudal de permeación es 25 L/h/m . La suspensión espesa concentrada S3 obtenida tiene un contenido en sólidos de un 26%.

La suspensión espesa S3 que tiene un contenido en sólidos de un 26% se atomiza posteriormente, como en el caso de la porción S'2 de la suspensión S2.

De este modo, se observan un ahorro en el consumo energético de un 15%, respecto al secado directo de la suspensión espesa S'2, y una ganancia asociada en la productividad de un 18%.

En la siguiente tabla se proporcionan los tamaños de las partículas de las suspensiones espesas antes y después de la concentración con la membrana.

(*) El porcentaje de partículas que tienen un diámetro inferior a 0.5 µp? se mide mediante la clasificación por tamaños de las partículas por sedimentación que se lleva a cabo en el dispositivo Sedigraph 5100 (Micromeretics) a partir del porcentaje de partículas de menos de 0.5 m. La suspensión analizada por esta técnica se diluye hasta un 4.6% en peso en agua purificada y se agita suavemente. La suspensión obtenida se criba posteriormente utilizando una criba de 250 µp? y el análisis se lleva a cabo tomando un intervalo de medida comprendido entre 0.3 y 85 µ?t?.

Estos datos hacen posible observar que las acciones mecánicas experimentadas por la suspensión espesa de sílice S2 (con el fin de obtener la suspensión espesa S3) no modifican su contenido en partículas finas.

Ejemplo 2 La suspensión de sílice precipitada utilizada (S2) es una suspensión espesa de sílice Z1165MP, resultante de una etapa de filtración seguida por una etapa de desintegración de la masa húmeda obtenida en la etapa de filtración, que exhibe las siguientes características: Temperatura : 50 °C pH: 6.0 - 6.5 Humedad: 77% Una porción (S'2) de la suspensión S2 se seca directamente por atomización.

La otra porción de la suspensión S2 se somete a una etapa de concentración con membrana en una unidad de filtración SSDF CRD-01 (Novoflow) . Esta unidad comprende un apilamiento de 3 discos con un diámetro de 152 mm que están compuestos de membranas Kerafol hechas de Al203 con un diámetro de poro de 200 nm, es decir, un área superficial de filtración de 0.1 m2.

Se aplica una presión transmembrana de 1 bar. Se obtiene una suspensión espesa S3 que tiene un contenido en sólidos de un 27.5% con un caudal de permeación de 18 L/h/m2.

La suspensión espesa S3 que tiene un contenido en sólidos de un 27.5% se atomiza posteriormente, como en el caso de la porción S'2 de la suspensión S2.

De este modo, se observan un ahorro en el consumo energético de un 22%, respecto al secado directo de la suspensión espesa S'2, y una ganancia asociada en la productividad de un 27%.

En la siguiente tabla se proporcionan los tamaños de las partículas de las suspensiones espesas antes y después de la concentración con la membrana. medición llevada a cabo como en el ejemplo Estos datos hacen posible observar que las acciones mecánicas experimentadas por la suspensión espesa de sílice S2 (con el fin de obtener la suspensión espesa S3) no modifican sustancialmente su contenido en partículas finas.

Ejemplo 3 La suspensión de sílice precipitada utilizada (S2) es una suspensión espesa de sílice Z1165MP, resultante de una etapa de filtración seguida por una etapa de desintegración de la masa húmeda obtenida en la etapa de filtración, que exhibe las siguientes características : Temperatura: 50 °C H: 6.0 - 6.5 Humedad: 84% Una porción (S'2) de la suspensión S2 se seca directamente por atomización.

La otra porción de la suspensión S2 se somete a una etapa de concentración con membrana en una unidad de filtración tangencial Carbosep equipada con una membrana Carbosep M9 que tiene un umbral de corte de 300 kD. El caudal de recirculación se fija a 800 L/h y la presión transmembrana media es de 2 bar.

La suspensión espesa concentrada S3 obtenida tiene un contenido en sólidos de un 26%, con un caudal de permeación medio de 100 L/h/m2.

La suspensión espesa S3 que tiene un contenido en sólidos de un 26% se atomiza posteriormente, como en el caso de la porción S'2 de la suspensión S2.

De este modo, se observan un ahorro en el consumo energético de un 46%, respecto al secado directo de la suspensión espesa S'2, y una ganancia asociada en la productividad de un 84%.

Por lo tanto, el proceso de acuerdo con la invención que comprende una etapa de concentración con membrana hace posible lograr ahorros energéticos e incrementar la productividad en el secado.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (13)

REVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un proceso para la preparación de sílice precipitada que comprende la reacción de un silicato con un agente acidificante, con el fin de obtener una suspensión de sílice precipitada (SI) , seguida por una etapa de separación, con el fin de obtener una masa húmeda, por una etapa de desintegración de dicha masa húmeda, con el fin de obtener una suspensión de sílice precipitada (S2), y por una etapa de secado de una suspensión de sílice precipitada, en cuyo proceso se lleva a cabo una etapa de concentración con membrana entre dicha etapa de desintegración y dicha etapa de secado.

2. El proceso tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual la etapa de concentración con membrana se lleva a cabo por filtración tangencial.

3. El proceso tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el cual la etapa de concentración con membrana se lleva a cabo por filtración tangencial dinámica.

4. El proceso tal como se reivindica en una de las reivindicaciones 1-3, en el cual la etapa de concentración con membrana se lleva a cabo por filtración tangencial dinámica rotatoria.

5. El proceso tal como se reivindica en una de las reivindicaciones 1-4, en el cual el producto obtenido al término de la etapa de concentración con membrana es una suspensión de sílice precipitada que tiene un contenido en sólidos superior a un 24% en peso, preferentemente de al menos un 26% en peso.

6. El proceso tal como se reivindica en una de las reivindicaciones 1-4, en el cual el producto obtenido al término de la etapa de concentración con membrana es una suspensión de sílice precipitada que tiene un contenido en sólidos comprendido entre un 25% y un 30% en peso.

7. El proceso tal como se reivindica en una de las reivindicaciones 1-6, en el cual la etapa de concentración con membrana se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 40 y 90 °C.

8. El proceso tal como se reivindica en una de las reivindicaciones 1-7, en el cual se lleva a cabo una etapa de trituración de agregados entre la etapa de separación y la etapa de desintegración.

9. El proceso tal como se reivindica en una de las reivindicaciones 1-8, en el cual la etapa de separación consiste en una etapa de filtración, seguida si procede por una etapa de lavado.

10. El proceso tal como se reivindica en la reivindicación 9, en el cual la etapa de filtración se lleva a cabo utilizando un filtro al vacío o una prensa de filtración.

11. El proceso tal como se reivindica en una de las reivindicaciones 1-10, en el cual se lleva a cabo una etapa de secado por atomización, en particular utilizando un atomizador de boquilla.

12. El proceso tal como se reivindica en una de las reivindicaciones 1-11, en el cual el producto resultante de la etapa de secado se somete a una etapa de molienda.

13. El proceso tal como se reivindica en una de las reivindicaciones 1-12, en el cual el producto resultante de la etapa de secado o resultante de la etapa opcional de molienda se somete a una etapa de aglomeración.