BR102021018716B1 - Aglomerado sólido prensado a frio, e, processo de produção do mesmo - Google Patents
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Abstract
AGLOMERADO SÓLIDO PRENSADO A FRIO, E, PROCESSO DE PRODUÇÃO DO MESMO. A presente invenção está relacionada a um aglomerado sólido prensado a frio que utiliza um ligante orgânico. Nesse contexto, a presente invenção provê um aglomerado sólido prensado a frio contendo uma mistura que, por sua vez, compreende pelo menos um composto principal e pelo menos um ligante orgânico, em que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente. Adicionalmente, a presente invenção provê um processo de produção de um aglomerado sólido prensado a frio, compreendendo as etapas de (i) misturar pelo menos um composto principal a pelo menos um ligante orgânico e (ii) prensar a mistura a frio para se formar um aglomerado, em que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente.
Description
[001] A presente invenção está relacionada a aglomerados sólidos. Em particular, a presente invenção está relacionada a um aglomerado sólido prensado a frio que utiliza um ligante orgânico.
[002] O processo de aglomeração a frio consiste no agrupamento de materiais com granulometria fina, com o objetivo de obter um produto com maiores dimensões através do uso de ligantes. Através deste processo é possível obter, por exemplo, aglomerados metálicos ou briquetes de carvão com alta qualidade, aproveitando as frações constituídas por partículas de menor tamanho e que geralmente seriam descartadas.
[003] Dentre os diferentes processos de aglomeração a frio, a técnica de briquetagem de carvão vem ganhando espaço na indústria. Essa técnica, que pode ser usada tanto para carvão mineral quanto para vegetal, geralmente envolve as etapas de: (i) balanceamento granulométrico das partículas de carvão ou biomassa; (ii) mistura de ligantes (aglomerantes); (iii) compactação mecânica; e (iv) secagem dos briquetes.
[004] Os ligantes utilizados no processo de briquetagem podem ser de origem mineral ou orgânicos. Tais ligantes desempenham importante papel na formação dos briquetes, conferindo propriedades termoplásticas (plasticidade, tenacidade e resistência à compressão) aos briquetes verdes e após secagem. Um dos ligantes orgânicos mais utilizados na indústria de briquetagem de carvão atualmente é a farinha ou amido de milho tratado termicamente por extrusão ou secador tambor a temperaturas entre 130 a 150°C.
[005] Tanto a farinha quanto o amido de milho tratados termicamente, para serem fabricados, exigem equipamentos e instalações relativamente caros e complexos. Além disso, o processo de termo modificação pelo quais a farinha e/ou amido de milho passam, promove a quebra de suas cadeias moleculares, o que reduz significativamente suas propriedades ligantes. Isso implica em maiores quantidades de ligante no briquete, o que encarece o produto final e diminui seu poder calorífico, já que uma maior proporção de ligante é observada nos briquetes em detrimento de carvão ou biomassa.
[006] Por fim, ressalta-se que a indústria vém se desenvolvendo e buscando alternativas para a melhoria do desempenho e propriedades físicas dos briquetes, desde a sua formação (a verde) até sua a queima em fornos ou reatores siderúrgicos. Nesse sentido, hoje em dia, o uso de aditivos em pó (ou líquido) à composição do briquete é bastante comum para melhorar determinadas características do mesmo. Nesse cenário, o ligante do estado da técnica apresenta limitações, isso devido a massa ser aglomerada, por certas vezes, possuir um percentual de umidade (água livre) menor que a necessária para gelatinizar de forma plena a farinha e o amido tratado termicamente na forma de pó. Tal condição prejudica o desenvolvimento de característica de adesividade do ligante farinha ou amido de milho termo tratado.
[007] A presente invenção visa a solução dos problemas acima citados de forma prática e eficiente.
[008] A presente invenção tem como um primeiro objetivo prover um aglomerado sólido prensado a frio e um processo de produção do mesmo que empregue um ligante de fácil fabricação, dispensando a necessidade de equipamentos, instalações e do uso de energia térmica para a industrialização do ligante.
[009] A presente invenção tem como um segundo objetivo prover um aglomerado sólido prensado a frio e um processo de produção do mesmo que utilize uma menor quantidade de ligante.
[0010] A presente invenção tem como um terceiro objetivo prover um aglomerado sólido prensado a frio e um processo de produção do mesmo que utilize um ligante líquido a temperatura ambiente, miscível em água, fluido, de fácil incorporação, fácil dissolução de aditivos à mistura e que proporciona praticidade operacional.
[0011] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um aglomerado sólido prensado a frio contendo uma mistura que, por sua vez, compreende pelo menos um composto principal e pelo menos um ligante orgânico, em que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente.
[0012] Adicionalmente, a presente invenção provê um processo de produção de um aglomerado sólido prensado a frio, compreendendo as etapas de (i) misturar pelo menos um composto principal a pelo menos um ligante orgânico e (ii) prensar a mistura a frio para se formar um aglomerado, em que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente.
[0013] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de concretizações preferenciais da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essas concretizações particulares.
[0014] A presente invenção provê um aglomerado sólido prensado a frio e um processo de produção do mesmo. O aglomerado sólido prensado a frio da presente invenção compreende uma mistura que, por sua vez, contém pelo menos um composto principal e pelo menos um ligante orgânico.
[0015] O composto principal pode ser, por exemplo, pelo menos um de biomassa, carvão vegetal e carvão mineral. Tal composto pode ser a mistura de diferentes carvões ou biomassa, eventualmente com composições e granulometrias diferentes. Alternativamente, o composto principal pode ser pelo menos um metal, o que dará origem a um aglomerado metálico.
[0016] Preferencialmente, o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente. Mais preferencialmente, o pelo menos um álcali é o hidróxido de sódio.
[0017] Preferencialmente, o pelo menos um ligante orgânico é obtido por meio dos reagentes nas seguintes proporções em massa: Água: 83 a 87,5%; Amido: 12 a 16%; Hidróxido de Sódio: 0,5 a 1%.
[0018] O amido a ser empregado na reação da presente invenção é preferencialmente um amido de milho regular, também conhecido como amido de milho nativo. O hidróxido de sódio empregado na reação da presente invenção é preferencialmente um hidróxido de sódio 10% a 50% (solução aquosa de hidróxido de sódio).
[0019] Preferencialmente, o pelo menos um ligante orgânico gerado na reação química está sob a forma, de forma a permitir a diluição de aditivos de forma prática.
[0020] O processo de produção do aglomerado sólido prensado a frio de acordo com a presente invenção compreende as etapas de (i) misturar pelo menos um composto principal a pelo menos um ligante orgânico; e (ii) prensar a mistura a frio para se formar o aglomerado, de forma que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de pelo menos um álcali em meio aquoso e em temperatura ambiente.
[0021] Opcionalmente, o processo da presente invenção compreende a etapa de adicionar um aditivo à mistura previamente à etapa de prensar a mistura a frio.
[0022] Opcionalmente, o processo da presente invenção compreende a etapa de secagem do aglomerado sólido após a etapa de prensar a mistura a frio.
[0023] Testes realizados mostraram que o aglomerado sólido prensado a frio de acordo com a presente invenção, obtido pelo processo acima descrito, possui propriedades físicas significativamente superiores quando comparado com o aglomerado do estado da técnica, que possui como ligante a farinha e/ou amido de milho termo modificado por extrusão ou por secador tambor. A tabela 1 abaixo mostra o resultado de diversos testes para o aglomerado da presente invenção, especificamente o briquete de carvão verde, e para o aglomerado do estado da técnica. Tabela 1
[0024] Como pode ser observado, o aglomerado sólido de acordo com a presente invenção apresentou resultados consideravelmente superiores aos do aglomerado do estado da técnica, que utiliza a farinha e/ou amido termo modificado como ligante. Os resultados apresentados pelos briquetes verdes demonstraram que o maior grau de gelatinização promovido pela reação química do ligante proporcionou maior adesividade entre as partículas do aglomerado e consequentemente melhor desempenho de tenacidade (drop test) e maior resistência a compressão.
[0025] Além dos ganhos de propriedade acima citados, uma vez que o processo de obtenção do ligante orgânico empregado no aglomerado da presente invenção não é termomecânico, não há quebra das moléculas do amido, o que não reduz suas propriedades ligantes. Dessa forma, há uma economia de até 70% de ligante empregado na fabricação do aglomerado da presente invenção quando comparado com o aglomerado do estado da técnica. Isso também contribui para aumentar significativamente a pureza do aglomerado, aumentando a fração do composto principal (carvão, por exemplo) no produto.
[0026] Portanto, conforme exposto acima, a presente invenção provê um aglomerado sólido prensado a frio e um processo de produção do mesmo que empregam um ligante de fácil fabricação, dispensando a necessidade de máquinas extrusoras e do uso de energia térmica para o processamento do amido. Além disso, a presente invenção utiliza um ligante líquido, permitindo a dissolução de aditivos na mistura de forma fácil e prática. Por fim, a técnica da presente invenção utiliza uma quantidade de ligante significativamente menor, aumentando a pureza do aglomerado sólido quando comparado com os aglomerados do estado da técnica.
[0027] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.
Claims (10)
1. Aglomerado sólido prensado a frio, compreendendo: uma mistura que compreende pelo menos um composto principal e pelo menos um ligante orgânico; caracterizado pelo fato de que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de hidróxido de sódio em meio aquoso e em temperatura ambiente.
2. Aglomerado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o composto principal é formado por pelo menos um metal ou por pelo menos um dentre biomassa, carvão vegetal e carvão mineral.
3. Aglomerado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o pelo menos um ligante orgânico ser obtido por meio dos reagentes nas seguintes proporções em massa: Água: 83 a 87,5%; Amido: 12 a 16%; Hidróxido de Sódio: 0,5 a 1%.
4. Aglomerado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o amido ser um amido de milho regular.
5. Aglomerado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o pelo menos um ligante orgânico ser miscível em água e fluido sob temperatura ambiente.
6. Aglomerado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos um aditivo.
7. Processo de produção de um aglomerado sólido prensado a frio, compreendendo as etapas de: misturar pelo menos um composto principal a pelo menos um ligante orgânico; e prensar a mistura a frio para se formar um aglomerado, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um ligante orgânico é obtido pela reação química de amido sob pH controlado através de hidróxido de sódio em meio aquoso e em temperatura ambiente.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a etapa de reação química possuir os reagentes nas seguintes proporções em massa: Água: 83 a 87,5%; Amido: 12 a 16%; Hidróxido de Sódio: 0,5 a 1%.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado por compreender a etapa de adicionar um aditivo à mistura previamente à etapa de prensar a mistura a frio.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de secagem do aglomerado sólido após a etapa de prensar a mistura a frio.
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