MXPA04009695A - Residuos reciclados como mezclas que retienen aire. - Google Patents

Abstract

El uso de residuos generados como un subproducto de un primer proceso de fabricacion como una mezcla que retiene aire (MRA) en un segundo producto). En algunos casos, los materiales residuales pueden ser usados como una MRA durante la formacion de cemento y/o concreto, y tambien pueden ser material residuales producidos durante la fabricacion de champu. Se contemplo que el uso de materiales no convencionales como MRA en aplicaciones convencionales con frecuencia dara como resultado productos que tienen caracteristicas de desempeno similares a las MRA convencionales.

Description

RESIDUOS RECICLADOS COMO MEZCLAS QUE RETIENEN AIRE Campo de la Invención El campo de la invención es el reciclaje de residuos y la formación de concreto.

Antecedentes de la Invención La producción de champú, jabones para el cuerpo, acondicionadores para el cabello y productos para el cuidado personal similares son un segmento importante del mercado de la salud y belleza. Esos productos típicamente consisten de agua, tensoactivos, fragancias e ingredientes patentados y son ubicuos a través de la sociedad. La manufactura de esos productos requiere, de manera- general, procedimientos de control de calidad estrechos y condiciones estándares sanitarias elevadas, de manera similar a lo encontrado en la industria de alimentos o farmacéutica. Muchas instalaciones para la producción de champú fabrican un número de productos similares, usualmente en una operación por lotes estándar. Cuando se cambia la producción entre diferentes variedades no es común que todo el equipo deba ser drenado, lavado y enjuagado. Los residuos de la «fabricación de champú típicamente se encuentran en forma concentrada o diluida. Los residuos de champú concentrados (que son similares a los productos de champú) generalmente se derivan del drenado de lineas, materiales que no satisfacen las especificaciones, producto fechado, producto descontinuado y constituyentes de formulación. Los residuos de champú diluidos son generalmente el "agua de enjuague" generada durante el cambio de formulación durante la purga de lineas, operaciones de limpieza, y enjuague de equipo y tanques. La diferencia en las formas concentrada y diluida reside en el porcentaje de producto de champú residual. Las aguas de enjuague típicamente tienen menos de 10%, mientras que las formas concentradas del residuo tendrán más del 10%, y pueden ser, esencialmente materiales de champú al 100%. La eliminación de agua de enjuague diluida es usualmente vía el drenaje sanitario y en consecuencia la Instalación hacia el Tratamiento de Públicas (ITP). El residuo diluido tendrá un pH ligeramente elevado, Demanda de Oxígeno Bioquímico (BOD) elevada, espuma y olor. Los grandes volúmenes de descarga al sistema de drenaje pueden tener un impacto negativo sobre las ITP, a través de la alteración del pH del afluente, creando un espumado excesivo especialmente en tanques de aereación secundarios, y consumiendo la capacidad de tratamiento debido al incremento de los valores de DOD del afluente. Esos impactos son con frecuencia afectados por cargas de drenaje pagadas por el descargador. La eliminación de residuos concentrados es más problemática, debido a un pH muy alto y las concentraciones constituyentes que pueden exceder los estándares de descarga de drenaje del mejor de los casos y frecuentemente las definiciones de residuos peligrosos. El concentrado también puede ser peligroso debido a la evaluación por bioensayos. El residuo de champú concentrado es recolectado típicamente por el fabricante y llevado fuera del sitio para su eliminación/destrucción apropiada en instalaciones permitidas. Los costos de manufactura para la eliminación de residuos diluidos y residuos concentrados son significativos. El diseño de equipo y fabricación ayuda asegurar que ocurra una producción de residuos mínima durante operaciones de cambio de lote y los procedimientos de control de calidad ayudan a minimizar la frecuencia de materiales fuera de especificación. Además, son generados manualmente volúmenes significativos de material residual. La fabricación de cemento Portland es una extensa industrial mundial con-, hornos de cemento localizados en todo el mundo. Anualmente se producen 100 millones de tonelada de cemento. La fabricación de cemento usa una variedad de minerales, los cuales cuando son- combinados, molidos y. calcinados forman un producto intermedio conocido como escoria de cemento. El caucho, aluminio, hierro y sílice son los componentes elementales principales de la escoria de cemento. La escoria es molida finamente con un pequeño porcentaje de yeso agregado para producir cemento portland común (CPC) . Las especificaciones del cemento designan -la composición química y atributos del cemento. El cemento, cuando es mezclado con agua, arena y posiblemente un agregado, cura para formar un material duro llamado concreto. El concreto sin agregar con frecuencia es referido como lechada de cemento o mortero. La Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (American Society for Testing and Materialas (ASTM) identifica un" número de tipos de cemento, cada uno conjunto diferente de especificaciones de desempeño. Los materiales agregados al CPC durante las operaciones de molienda o agregados cuando el concreto está siendo preparado pueden impartir características específicas de valor al constructor. Una de las funciones adicionales es mezclas que retienen aire (MRA) . Las MRA pueden ser agregadas durante la molienda - de la escoria de' cemento o agregadas al CPC como parte de la composición del concreto. Los materiales de MRA forman pequeñas burbujas de aire en la' matriz del concreto mientras está en. la etapa húmeda, las cuales se conservan durante el endurecimiento y curado. El concreto que retiene aire es superior al concreto" formado de CPC para aplicaciones donde la resistencia también es importante, cuando se usa un mortero, en estuco, o donde la capacidad de trabajo es importante. El cemento portland con aire retenido es un material con un valor agregado', que es vendido a precios .muy superiores a los del CPC. El cemento ' portland con aire retenido y las mezclas que retienen aire han sido ampliamente usadas a través de la industria del cemento desde principios de los años 1950. Existen numerosos tipos comercialmente disponibles, con formulaciones especificas patentadas o de naturaleza patentada. Los materiales usados como MRA incluyen: 1. Las sales de resinas de madera; 2. Detergentes sintéticos; 3. Sales de lignina sulfonatada; sales de ácidos de petróleo; ácidos grasos o resinosos y sus sales. La fabricación de cemento portland con aire retenido y concreto con aire retenido es una técnica bien conocida y aceptada. La retención de aire es medida como un porcentaje del aire en una muestra de mortero preparada específicamente. Los protocolos de prueba están bien establecido como en el ASTM C185. "Método de Prueba para Contenido de Aire en. Mortero de Cemento Hidráulico". Para propósitos de referencia el CPC con frecuencia tendrá aproximadamente 6% de aire retenido, mientras que el cemento portland MRA con frecuencia tendrá hasta 25% de retención de aire. La manufactura, basada en el uso y criterios de desempeño pretendido determina el porcentaje de aire retenido. Información adicional relacionada con el concreto puede encontrarse en el trabajo titulado "Materiales de Concreto, Propiedades, Especificaciones y Prueba" por Sandor Popovics y publicado por Noyes Publication en 1992 (incorporado aquí como referencia en su totalidad) .

Sumario de la Invención La presente invención está dirigida al uso de residuos generados como subproductos de un primer proceso de fabricación como una mezcla que retiene aire (MRA) en un segundo producto. En algunos casos, los materiales residuales pueden ser usados como MRA durante la formación de cemento y/o concreto, y también pueden ser materiales residuales producidos durante la fabricación de champú. Se contempló que el uso de materiales no convencionales como una MRA en aplicaciones convencionales con frecuencia dará como resultados productos que tienen características de desempeño similares a las MRA convencionales. Varios objetos, características, aspectos y ventajas de la presente invención se volverán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas de la invención, junto con los dibujos acompañantes en los cuales números similares representan componentes similares.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama de un primer método , que incorpora la invención.

Descripción Detallada Refiriéndose a la Figura 1, un método 100 de reciclaje de residuos comprende: el paso 110, de obtener un material residual resultante de la fabricación de un primer producto; y el paso 120, de utilizar el material residual obtenido como una mezcla que retiene airea en la producción de un segundo producto.

Primer Producto El primer producto podría ser cualquier producto para el cual se genere un material residual durante la producción del producto. Sin embargo, se contempló que el material residual puede muy probablemente ser adecuado como una MRA para productos que sean jabones o champús para uso personal. La frase "para uso personal" como se usa aquí significa que el uso se relaciona con el lavado de la piel o cabello de una persona. Champús, como se usa el término aquí, incluye cualquiera de una variedad de preparaciones líquidas o en crema de jabón o detergente usadas para lavar el cabello y el cuero cabelludo (es decir para uso personal), y cualquiera de varios agentes de limpieza para tapetes, tapicería o coches. Otros productos que se contempló implican materiales residuales adecuados como MAR incluyen residuos de desecho de la . fabricación de jabones, detergentes, y productos similares, aún si los productos no están diseñados para uso personal. Por lo tanto, la producción de productos como jabones para lavar platos, detergentes de lavandería y limpiadores de tapetes pueden generar materiales residuales adecuados como MRA. También se contempló que cualquier producto que contenga un agente espumante puede ser adecuado como material residual generado durante la producción de productos que probablemente también contendrán un agente espumante y serán particularmente muy adecuados para usarse como una MRA.

Material Residual El material residual puede ser cualquier material que sea un subproducto de la producción del primer producto y sea también adecuado para usarse como MRA para producir un segundo producto. Se contempló que los materiales residuales adecuados para usarse como MRA incluirán cantidades -del primer producto que no satisfagan las especificaciones requeridas, que hayan envejecido más allá de su vida útil o que ya no sean ofrecidos a la venta. También se contempló que los materiales residuales adecuados para MRA también pueden incluir cantidades del primer producto o componentes del primer producto que estén mezclados en agua de enjuague usada para purgar líneas, operaciones de limpieza y enjuagar equipo y tanques donde esas líneas, equipo y tanques sean usados en la producción del primer producto.

Otros materiales residuales contemplados como adecuados para MRA incluyen residuos de desecho de - la manufactura de jabones o detergentes o de otros productos que contienen el agente espumante. Se contempló que los métodos descritos aquí serán particularmente ventajosos cuando los materiales residuales tengan características que sean problemáticas cuando se eliminen del material, p características que los hagan particularmente adecuados para usarse como MRA. Algunas características contempladas incluyen: que el material residual sea líquido; que el material residual tenga un pH mayor de 8.0; que el material residual · tenga una concentración de BOD mayor de 1000 mg/L; que el material residual probablemente produzca espuma en los tanques de aeración de las plantas de tratamiento; y que el material residual no contenga compuestos tóxicos o regulados. Como se discutió anteriormente, se contempló que el material residual que comprende jabón o champú es particularmente - adecuado para usarse como un MRA en los métodos y materiales descritos aquí. Se contempló que algunos de esos jabones, detergentes o champúes pueden caracterizarse por comprender agua, al menos un tensoactivo y al menos una fragancia. -Otros de esos jabones y/o champús pueden caracterizarse porque comprenden agua y al menos un tensoactivo y silicato de sodio.

Obtención del Material Residual La obténción del material residual puede ser efectuada de cualquier manera que vuelva el material residual disponible para usarse como una MRA en la producción de un segundo producto. Sin embargo, que contempló que la obtención del material residual puede comprender, de manera ventajosa, uno o más de los pasos descritos en los siguientes párrafos. Un método para obtener el material residual es simplemente adquirir cantidades del primer producto que no satisfagan las especificaciones requeridas, que hayan envejecido más allá de su vidas útil o que no sean ya ofrecidos a la vénta. En lugar, de simplemente desechar ese producto, este es recabado, transportado y usado como una MRA. Antes de su uso puede ser sometido a pasos de procesamiento adicionales para colocar este en forma más adecuada para usarse como una MRA en la producción del segundo producto. Otro método de acumular champú, jabones o detergentes residuales es la remoción de los residuos de los recipientes de almacenamiento, recipientes de mezclado, conductos o tubos. Esos materiales se encuentran disponibles durante el cambio de formulación cuando son producidos productos múltiples usando las mismas lineas de equipo de formulación. Un producto no diluido puede ser obtenido de la acumulación de las aguas de enjuague usadas para limpiar el equipo de formulación. Se contempló que la obtención de materiales residuales que comprenden detergentes, soluciones de limpieza para lavaplatos o detergentes para platos con frecuencia implicarán esquemas de acumulación similares.

Segundo Producto El segundo producto puede ser cualquier producto durante la producción del cual el material residual puede ser usado como la MRA. Es importante hacer notar que el uso del material residual como una MRA realmente no necesita tener un impacto positivo sobre el segundo producto como la eliminación del material residual puesto que la inclusión de este en el segundo producto puede ser el único benéfico deseado. Sin embargo, se contempló que muchos productos realmente se beneficiarán de la inclusión del material residual como MRA. Esos productos incluyen, cemento portland, 'concreto, y productos derivados del concreto, objetos de concreto premoldeados, concreto diseñado para exponerse a climas fríos, estuco, morteros y lechadas de cemento.

Utilización de los Materiales Residuales Durante la Producción del Segundo Producto El método real de uso del material residual como una MRA en la producción del segundo producto variará entre modalidades, principalmente en relación a las diferencias en el segundo producto que esté siendo producido. Por lo tanto, si el segundo producto es cemento, la MRA puede ser incorporada durante la formación' de la escoria, posiblemente durante la molienda de la escoria. Cuando son usados residuos de champú concentrado en la producción de cemento incluyendo estos durante la molienda de la escoria' del cemento, los porcentajes de adición típicamente serán del 0.05% al 0.75% sobre la base del peso total con la escoria. El cemento resultánte tendrá una característica de retención de aire, será un polvo seco similar al observado en el CPC o cualquier otro cemento portland que retenga aire. Deberá notarse que los porcentajes de adición se basan en parte en los requerimientos de desempeño del producto terminado y de este modo los porcentajes de adición reales probablemente variarán. De manera alternativa, si la MRA va a ser incorporada al concreto, esta será agregada típicamente como parte de la operación del lote donde - se mezclan área, agregados, cemento portland y agua para formar concreto húmedo, el cual es colocado y se deja endurecer. El residuo de champú puede ser agregado al agua de reposición, o agregado directamente a la mezcla durante las operaciones de mezclado. Cuando el residuo de champú concentrado es usado en la producción de concreto, se prefiere que' -el residuo sea agregado a un porcentaje del 0.05% a 3.0% sobre una base peso a peso con el cemento portland usado en el concreto. Cuando el residuo de champú diluido (es decir agua enjuague) es usado en la producción de concreto, se prefiere que el residuo comprenda del 3% al 20% sobre una base volumétrica de la mezcla de .concreto. El agua de enjuague del champú diluido también puede ser agregada, de manera alternativa, al agua de mezclado o reemplazar el agua de mezclado. Si el segundo producto es concreto y el producto derivado de concreto, objetos de concreto premoldeados, concreto diseñado para exponerse a . climas fríos, estuco, morteros y lechadas de cemento, se contempló que el material residual diluido será usado como una porción del agua de reposición- para el segundo producto.

Características de los Productos Producidos Usando los Métodos de la Presente Se contempló que el uso de los métodos de la presente puede ser aplicado de manera ventajosa para producir un producto que puede caracterizarse por ser uno o más de los siguientes: ' (a) un cemento con aire retenido que comprenden un material residual generado durante la fabricación de un primer producto como una mezcla que retiene aire, que posiblemente tiene la cantidad de material residual del 0.05% al 0.75% de la cantidad de escoria de cemento sobre una base peso a peso del cemento; (b) un concreto que comprende un material residual generado durante la fabricación de un primer producto, una mezcla que retiene aire, que posiblemente tiene la cantidad de materiales residuales del 0.05% al 3% de la cantidad de cemento sobre una base peso a peso usada en el. concreto, o que posiblemente tiene la cantidad de materiales residuales del 3% al 20% de la cantidad de cemento sobre una base peso a peso usada en el concreto. (c) un cemento que comprende residuos de champú calcinados; (d) un concreto que comprende residuos de champú; y (e) una estructura que comprende cualquiera de los cementos o concretos descritos anteriormente.

Ejemplo 1 - Uso de Residuos de Champú Concentrado en la Producción de Cemento En un caso, se obtuvo una cantidad de residuos de champú y se usó de la ¦ siguiente manera: se fabricó una cantidad de cemento portland del tipo plástico con aire retenido moliendo internamente 18900 litros (5000 galones) de residuos de champú en 7000 toneladas de escoria de cemento portland, modificado para satisfacer las especificaciones del cemento plástico. El cemento fabricado (segundo producto) fue vendido en sacos y a granel .

E emplo 2- Uso de Residuo de Champú Diluido en la Producción de Concreto En otro caso, se contempló que puede ser obtenida y usada una cantidad de residuo de champú diluido de la siguiente manera: se agregarían 680.4 litros (180 galones) de residuos diluidos a 291.9 kilogramos (643 libras) de cemento portland común. La mezcla sería agrega a 774.9 kilogramos (1707 libras) de agregado grueso (contenido de humedad de 2-3%) y 594.7 kilogramos (1310 libras) de arena (contenido de humedad de 6%). La yarda cúbica (0.7646 metros cúbicos) resultante de concreto (segundo producto) tendría atributos de desempeño en el ciclo de congelación-descongelación superiores . De este modo, han sido descritas modalidades y aplicaciones específicas de residuos reciclados como mezclas que retienen el aire. Será evidente, sin embargo, a aquellos expertos en la técnica que son posibles muchas más modificaciones además de aquellas no descritas sin apartarse de los conceptos inventivos de la presente. La materia objeto de la invención, por lo tanto, no debe ser restringida, excepto dentro del espíritu de las reivindicaciones anexas.

Además, en la interpretación de la especificación y las reivindicaciones, todos los términos deberán ser interpretados en la forma más ampliamente posible consistente con el contexto. En particular, 'los términos "comprende" y "que comprende" deberán ser interpretados como si se refirieran a elementos, componentes o pasos en una forma no exclusiva, indicando que los elementos, componentes o pasos referidos pueden estar presentes, o ser utilizados, combinados con otros elementos, componentes o pasos que no sean referidos expresamente. ' 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 (23)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones . 1. Un método para reciclar residuos, caracterizado porque comprende : obtener un material residual líquido resultante de la fabricación de un primer producto; y utilizar el material residual líquido obtenido como una mezcla que retiene aire en la producción de un segundo producto, en donde la etapa de utilizar incluye uno de (i9 incorporar el residual líquido en una etapa de molienda de escoria de cemento; y (ii) reemplazar al menos parcialmente agua de mezclado de concreto con el residual líquido.
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material residual tiene un pH mayor de 8.0
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material residual tiene una BOD de más de 1000 mg/L .
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material residual comprende agua, al menos un tensoactivo, y al menos una fragancia.
5. 5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material residual produce espuma en tanques de aireación de las plantas de tratamiento.
6. 6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material residual es jabón o champú .
7. 7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer producto es un jabón o champú .
8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer producto es un producto adaptado para ser usado para lavar la piel o cabello de una persona .
9. 9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo producto comprende cemento, y el material residual es usado en la formación de al menos algo de la escoria usada en el cemento.
10. 10. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el residuo es agregado durante la molienda final de la escoria.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo producto comprende concreto, y el material residual es mezclado con cemento y agua para formar el concreto.
12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo producto comprende concreto, y sustancialmente toda el agua en el concreto es agua del material residual.
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material residual comprende al menos uno de los siguientes: materiales que no satisfacen especificaciones, producto expirado, y producto descontinuado .
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los materiales residuales comprenden el agua de enjuague usada para purgar líneas, operaciones de limpieza, y enjuague de equipo y tanques.
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el método comprende: obtener un material residual resultante en la fabricación de un champú, el material residual comprende esencialmente champú o champú diluido; y utilizar el material residual obtenido como una mezcla que retiene aire en la producción de un concreto que comprende escoria y- agua, siendo el material residual agregado al concreto como parte de la escoria o como un ingrediente además de la escoria y el agua.
16. 16. Un producto de cemento fabricado usando el método de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un material residual generado durante la manufactura de un primer producto como una mezcla que retiene aire.
17. 17. El producto de cemento de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque comprende un cemento donde la cantidad de material residual es del 0.05% a 0.75% de la cantidad de escoria de cemento sobre una base peso a peso del cemento.
18. 18. El producto de cemento de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el producto de cemento es concreto.
19. 19. El concreto de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la cantidad de materiales residuales es del 0.05% al 3% de la cantidad de cemento sobre una base peso a peso usada en el concreto.
20. 20. El concreto de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la cantidad de materiales residuales es del 5% al 20% de la cantidad de cemento sobre una base peso a peso usada en el concreto.
21. 21. El producto de cemento de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el producto de cemento es una estructura de concreto.
22. 22. El producto de cemento de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el producto de cemento es cemento que comprende residuos de champú calcinados .
23. 23. El producto de cemento de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el producto de cemento es un concreto que comprende residuos de champú.