ES2566955T3

ES2566955T3 - Suspensión acuosa de sílice amorfa y método para su producción

Info

Publication number: ES2566955T3
Application number: ES11812822.2T
Authority: ES
Inventors: Mohamed Al-Bagoury
Original assignee: Elkem ASA
Current assignee: Elkem ASA
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2016-04-18
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: NO20101066A1; EA022621B1; CA2802512A1; BR112012030670B1; EP2598457B1; PL2598457T3; US8585819B2; EA201390164A1; DK2598457T3; EP2598457A1; MX2012015041A; BR112012030670A2; CA2802512C; WO2012015308A1; EP2598457A4; MX340657B; NO334511B1; US20130118383A1

Abstract

Una suspensión acuosa que contiene sílice amorfa, teniendo la sílice amorfa un tamaño de partícula menor que 1 μm, caracterizada por que la suspensión contiene de 0,1 a 1% en peso de la suspensión de sepiolita como un estabilizador.

Description

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DESCRIPCION

Suspension acuosa de s^lice amorfa y metodo para su produccion Campo tecnico

La presente invencion se refiere a una suspension acuosa de microsflice, que opcionalmente incluye harina de sflice, y a un metodo para producir tal suspension.

Tecnica anterior

Los terminos “micrc^lice” y usados en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones de esta solicitud se refieren a SiO2 amorfa en forma de partfculas obtenida a partir de un proceso en el que la sflice (cuarzo) se reduce a SiO-gas y el producto de la reduccion se oxida en la fase vapor para formar sflice amorfa. La microsflice puede contener al menos un 70% en peso sflice (SO2), y preferiblemente >97% y tiene una densidad espedfica de 2,1 - 2,3 g/cm3 y un area superficial de 12 - 40 m2/g, tfpicamente 20 m2/g. Las partfculas primarias son sustancialmente esfericas y pueden tener un tamano promedio de aproximadamente 0,15 pm. La microsflice se obtiene preferiblemente como un co-producto en la produccion de aleaciones de silicio en hornos de reduccion electricos.

La suspension de microsflice se usa actualmente en aplicaciones de construccion tales como fibrocemento, hormigon y en cementacion de pozos petrolfferos. La microsflice actua como un material puzolanico o un aglutinante inorganico, interactuando con el hidroxido de calcio como un producto de hidratacion del cemento Portland y agua para mejorar la resistencia a la compresion del cemento. En todas estas aplicaciones, se ha demostrado que la microsflice usada en forma de suspension tiene un comportamiento mucho mejor que en forma de polvo. La mayona de suspensiones de microsflice disponibles en el mercado normalmente se suministran como suspensiones de microsflice al 50% en peso. Normalmente se usa acido sulfurico para ajustar el pH de la dispersion para que este en el intervalo de 4 a 7, para dar estabilidad a la dispersion.

La suspension de microsflice convencional experimenta dos retos, en concreto, gelificacion y sedimentacion.

La estabilidad de una suspension de microsflice en terminos de sedimentacion y gelificacion depende principalmente de la calidad de la microsflice seca usada para preparar la suspension. Puesto que la microsflice tiene un tamano de partfcula muy pequeno, una suspension mostrara una alta estabilidad frente a sedimentacion cuando se almacena durante largos periodos de tiempo; mas de 3 meses para una suspension bien dispersada. Sin embargo, cuando se considera la estabilidad de una suspension de microsflice, debe hacerse una distincion entre sedimentacion y gelificacion de las partfculas.

La sedimentacion es un fenomeno natural para la mayona de dispersiones inorganicas tales como sflice, alumina o titania. De acuerdo con la ley de Stoke, los factores principales que afectan a la sedimentacion son la baja viscosidad aparente de la fase continua (agua) y el tamano de las partfculas dispersadas. Cuanto mas grandes son las partfculas dispersadas, mas rapida sera la velocidad de sedimentacion. Generalmente, una suspension de sflice al 50% en peso con un contenido de SO2 >95% en peso tiene un alto potencial para sedimentacion debido a la baja viscosidad aparente de <20 mPa.s a una tasa de cizalla de 20 s-1, La sedimentacion de partfculas gruesas puede evitarse tamizando la suspension o aumentando la viscosidad de la suspension empleando agentes espesantes tales como goma de xantano, celulosa, poliacrilato o nanosflice.

La gelificacion o formacion de red mediante las partfculas ocurre cuando las partfculas se atraen entre sf debido a fuerzas de Van der Waals y/o enlaces qmmicos mediante cationes, creando una estructura de red que puede tener diferentes formas y resistencias. El factor principal que influye en la gelificacion en el caso de una suspension de microsflice es la contaminacion con otros oxidos metalicos inorganicos tales como K2O, Na2O, CaO, MgO, A^O3 y Fe2O3. Estos oxidos se encuentran de forma natural en la microsflice y se disuelven en una cierta extension en el agua, proporcionando diferentes tipos de cationes a la fase acuosa que tienden a crear puentes entre las partfculas. La formacion de puentes provoca que las partfculas de microsflice se aglomeren o floculen, lo que da como resultado una alta viscosidad, e incluso la formacion de un gel o una pasta en algunos casos.

Generalmente, la microsflice puede clasificarse en tres tipos, segun la tendencia a formar un gel:

a) Si no forma un gel sera microsflice con un oxido metalico total (OMT) por debajo del 3% en peso.

b) La microsflice que forma un gel (red) sera microsflice con un OMT mayor del 3% en peso.

c) La microsflice que forma un gel duro (red) tendra un OMT mayor del 10% en peso.

Estos problemas de sedimentacion y gelificacion se abordan en la patente EP 1534646 del presente solicitante, en la que se incluye un polisacarido en una suspension de agua, sflice amorfa y harina de sflice, como un estabilizador. Esta medida es eficaz pero se ha encontrado ahora que, en algunos casos, hay un deterioro de esta suspension provocado por la biodegradacion del polisacarido, debido al ataque bacteriano. Es posible evitar la biodegradacion anadiendo biocidas, pero esta no es una solucion satisfactoria puesto que los biocidas podnan causar la contaminacion del entorno durante el uso de la suspension. Para la industria del petroleo en alta mar la ley exige

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productos libres de biocidas para no danar los organismos acuaticos.

Un objeto de la presente invencion es proporcionar una suspension acuosa de sflice amorfa que sea estable durante al menos seis meses, tanto desde el punto de vista de la sedimentacion y la gelificacion y, al mismo tiempo, para evitar el uso de polisacaridos y otros aditivos biodegradables.

Descripcion de la invencion

De acuerdo con un aspecto de la invencion, se proporciona una suspension acuosa de sflice amorfa, teniendo la sflice amorfa un tamano de partfcula menor que 1 pm, caracterizada por que la suspension contiene de 0,1 a 1% en peso de la suspension de sepiolita como estabilizador.

Se ha encontrado que, sorprendentemente, la sepiolita, un silicato de magnesio hidratado, puede estabilizar una suspension acuosa de sflice amorfa, sin necesidad de emplear un polisacarido.

La sepiolita es un mineral de silicato de magnesio hidratado (Mg8Sii2O30.(OH)4 (OH2)4.8(H2O)) de origen natural, ya sea en forma metamorfica fibrosa o en forma sedimentaria, como una arcilla. Las partfculas individuales de sepiolita tienen una morfologfa acicular con un diametro en el intervalo de 10 - 100 nm y una longitud de 1-2 pm. Una dispersion acuosa de sepiolita presenta propiedades de dilucion por cizalladura y, por lo tanto, puede usarse como viscosificante. El area superficial espedfica es alta (BET 320 irr/g). Tiene una carga ligeramente negativa en su superficie y, por lo tanto, muestra menos respuesta a la presencia de electrolitos y es estable durante un amplio intervalo de valores de pH. Pangel S9, Pangel HV y Pangel S1500 son tipos registrados de sepiolita, suministrados por Tolsa, Espana.

La sepiolita esta presente como 0,1 a 1% en peso de la suspension, preferiblemente como 0,2 a 0,5% en peso de la suspension. Preferiblemente, la suspension tiene un contenido de solidos en el intervalo del 40 al 80% en peso de la suspension, preferiblemente aproximadamente un 50% en peso. La suspension puede comprender tambien harina de sflice, ademas de la sflice amorfa. La suspension puede contener cantidades variadas de sflice amorfa y harina de sflice, pero la cantidad de sflice amorfa generalmente es entre 15 - 50% en peso basado en el peso de la suspension y la cantidad de harina de sflice es generalmente entre 30 y 60% en peso basado en el peso de la suspension. Preferiblemente, la harina de sflice tiene un tamano de partfcula en el intervalo de 2 a 200 pm. Preferiblemente, la harina de sflice constituye hasta 65% en peso del contenido de solidos totales de la suspension.

De acuerdo con otro aspecto de la invencion, se proporciona un metodo para la produccion de una suspension acuosa que contiene agua y sflice amorfa que tiene un tamano de partfcula menor que 1 pm, caracterizada por que se incluye sepiolita en la suspension como un estabilizador.

Preferiblemente, se usa una mezcladora de alta cizalla para preparar inicialmente la suspension, y mezclar cualquier componente adicional. Preferiblemente, la sepiolita se hidrata con agua y despues se anade a la suspension de agua y sflice amorfa, y se mezcla para formar una suspension estabilizada.

La cantidad de sepiolita anadida esta en el intervalo de 0,1 a 1,0% en peso de la suspension, preferiblemente de 0,2 a 0,5%. Preferiblemente, la cantidad de agua y la cantidad de solidos se disponen para que el contenido de solidos de la suspension este en el intervalo del 40 al 80% en peso de la suspension, preferiblemente aproximadamente 50% en peso.

Preferiblemente, tambien se anade harina de sflice a la suspension. La sepiolita puede anadirse a la suspension antes o despues que la harina de sflice.

Preferiblemente, el pH de la suspension se ajusta a un valor en el intervalo de 4 a 7. Convenientemente, el ajuste de pH se efectua mediante la adicion de acido sulfurico. Puede emplearse un dispersante para eliminar cualquier interaccion indeseable entre las partfculas de sflice que, potenciadas por los diversos oxidos metalicos, existen en la suspension. Preferiblemente, el dispersante es un dispersante anionico, tal como Castament FS20 (de BASF) y puede anadirse en una cantidad en el intervalo de 0,1 a 0,5 g/kg de suspension, por ejemplo aproximadamente 0,25 g/kg.

Descripcion detallada de la invencion

La invencion puede realizarse de forma practica de diversas maneras y se describiran ahora algunas realizaciones en los siguientes Ejemplos no limitantes.

Ejemplos

En los siguientes Ejemplos 1 a 5, se investigaron los comportamientos de diversos aditivos para determinar su efectividad como estabilizadores para una suspension acuosa de sflice amorfa. En cada Ejemplo, la suspension usada era un 50% en peso de una mezcla de sflice amorfa y agua, tamponada a pH5 con acido sulfurico.

Ejemplo 1 - Bentonita

La bentonita es arcilla de aluminosilicato con una estructura de placas. La bentonita presenta fuertes propiedades coloidales y su volumen aumenta varias veces cuando entra en contacto con agua, creando un fluido gelatinoso y viscoso. Las propiedades especiales de la bentonita (hidratacion, hinchamiento, absorcion de agua, viscosidad y 5 trixotropfa) hacen de ella un material valioso para un amplio intervalo de usos y aplicaciones. Se usa comunmente como viscosificante en la perforacion de pozos petrolfferos.

Para determinar la concentracion optima de bentonita necesaria para estabilizar la suspension al 50% en peso, se anadieron diferentes cantidades de bentonita seca. Como se muestra en la Figura 1 la viscosidad de cizalladura es en una relacion exponencial respecto a la cantidad de bentonita anadida en g/l. Un intervalo de concentracion de 10 bentonita entre 30 - 50 g/l podna ser adecuado para evitar la sedimentacion. Las curvas de distribucion del tamano de partfcula para la suspension con y sin bentonita, muestran un ligero aumento de D50 con el aumento de la concentracion de bentonita, como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1: Analisis del tamano de particula de la suspension sin y con bentonita

: D10 D50 D90

Suspension: 0,070 0,147 0,371

Suspension + 20 g/l bentonita: 0,071 0,153 0,495

Suspension + 40 g/l bentonita: 0,072 0,159 0,807

15 La investigacion mostro tambien que la bentonita tiende a formar un gel duro con el tiempo, incluso cuando se usan dosificaciones bajas. Por lo tanto, la bentonita no es un estabilizador adecuado para la suspension de sflice amorfa.

Ejemplo 2 - Sepiolita

Se investigaron tres tipos diferentes de materiales de sepiolita, como se muestra en la Tabla 2. Tanto Pangel HV como Pangel S9 eran relativamente diffciles de dispersar en la suspension en comparacion con Pangel S1500. No 20 se requirio tiempo de hidratacion en el caso de la sepiolita, aunque el tiempo de hidratacion fue necesario para la bentonita y el biopolfmero ensayado a continuacion.

Tabla 2: Propiedades de los productos Pangel ensayados

Producto: Pangel S1500 Pangel HV Pangel S9

Humedad (%): 11,5 7 8

Densidad volumetrica (g/l): 260 425 60

pH: 10,1 8,8 8,8

Viscosidad Brookfield (cp) a 5 rpm al 6%: 34.000 51.000 39.000

18 m/s 5 min

Tamizado en humedo retenido en un tamiz: 3,2 0,3 0,1

de 44 pm en % en peso de materia seca

Como se muestra en la Figura 2, se ensayaron tres niveles de concentracion diferentes de Pangel S9 con 25 suspension de microsflice que contema 50% en peso de microsflice de Elkem AS Bremanger con dos estrategias de adicion diferentes. La Estrategia I era la adicion de Pangel S9 como un polvo en la suspension y despues el ajuste del contenido de solidos de la suspension con la adicion de la cantidad de agua requerida para conseguir una suspension al 50% en peso. La Estrategia II era la adicion de Pangel S9 en una forma de suspension (aproximadamente un 5% en peso) en una suspension al 60% en peso de sflice amorfa y el posterior ajuste del 30 contenido de solidos al 50% en peso.

Como se muestra en la Figura 2, se observo que la Estrategia II proporciona los mejores resultados en terminos de un gel altamente estructurado con una menor cantidad de Pangel S9. En el intervalo de operacion optimo, que es entre 5 - 10 g Pangel/kg de suspension. El uso de la Estrategia II podna ahorra aproximadamente un 20% en peso del Pangel total necesario, en comparacion con la Estrategia I.

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La estabilidad termica de la suspension se ensayo manteniendo la suspension a una temperatura de 35°C durante 6 meses. En el primer mes, la reologfa de la suspension se estudio semanalmente y, despues, se superviso mensualmente.

La Figura 3 muestra la viscosidad de la suspension estabilizada con Pangel S1500 para que este en una correlacion exponencial con la concentracion de arcilla. Incluso a una concentracion de Pangel muy baja de 0,5 g/kg de suspension, se formo una red.

La concentracion optima para que Pangel S1500 estabilizara al suspension al 50% en peso esta en el intervalo de 2 a 5 g/kg de suspension.

Se realizaron tambien ensayos con Pangel HV. Se anadieron 5 gramos de Pangel HV a una suspension al 50% en peso de microsflice de Elkem Bremanger.

La velocidad de mezcla de la mezcladora Waring se vario entre 4000 y 12000 rpm con un tiempo de mezcla de 30 s. Como puede verse a partir de la Tabla 3 la viscosidad aumento ligeramente y el tamano de partfcula promedio (D50) disminuyo ligeramente, indicando una mejor dispersabilidad del Pangel HV en la suspension a una alta tasa de cizalla.

Tabla 3: Efecto de la velocidad de mezcla sobre la reologia y la distribucion del tamano de particula de una suspension de microsnice que contiene Pangel HV (5 g/kg de suspension).

Tiempo: Velocidad pH Viscosidad PSD en pm

(s): (rpm) (mPa.s) D10 D50 D90

30: 4000 4,7 31,5 0,073 0,161 0,606

30: 8000 4,8 35,9 0,072 0,155 0,460

30: 12000 4,9 40,4 0,072 0,153 0,437

Se realizaron tambien ensayos con diferentes tiempos de mezcla para suspensiones de microsflice que contienen 10 g por kg de suspension de microsflice. Como se muestra en la Tabla 4 la viscosidad era bastante constante a los diferentes tiempos de mezcla y esto significa que el tiempo de 60 s es suficiente para dispersar el Pangel HV en la suspension de MS.

Tabla 4: Efecto del tiempo de mezcla sobre la viscosidad de la suspension de MS que contiene Pangel HV con una concentracion de 10 g/kg de suspension.

Tiempo de mezcla: pH Viscosidad

(s): (mPa.s)

60: 5,1 150,1

120: 139,3

180: 140,9

Se estabilizaron muestras de suspensiones de microsflice que conteman microsflice al 50% en peso con Pangel HV al 0,5%. Las muestras se ensayaron cuando se prepararon y despues de 3 y 6 meses. Despues de 6 meses las suspensiones eran estables y no mostraron sedimentacion y, como puede verse a partir de la Tabla 5, la viscosidad solo aumentaba de 57 a 90,1 mPa.s.

Tabla 5: Viscosidad de suspensiones de microsHice (MB) con Pangel HV, reciente y despues de 3 y 6 meses.

Ensayo: Dia Tiempo pH Viscosidad


: (s) (mPa.s)

MB + Pangel HV: 09.06.2009 30 5,49 57,2

MB + Pangel HV: 11.06.2009 5,51 51,3

MB + Pangel HV: 01.12.2009 6,31 90,1

Ejemplo 3 - Goma de xantano

La Figura 4 muestra la viscosidad de la suspension estabilizada con goma de xantano como una funcion de la

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concentracion de goma de xantano.

La suspension estabilizada con goma de xantano tendfa a formar un gel duro con el tiempo. Ademas, la experiencia ha demostrado que la goma de xantano tiende a biodegradarse por ataque bacteriano y fungico. El uso de un biocida no es deseable para aplicaciones costa afuera y, por lo tanto, la goma de xantano no es un buen candidato.

Ejemplo 4 - Sflice coloidal

La sflice coloidal son partfculas de sflice amorfa con un tamano en el intervalo de 5 - 100 nm dispersadas en agua con una carga de solidos en el intervalo del 15 al 50% en peso. El intervalo de pH tfpico es de 9-11. La sflice coloidal se produce por intercambio cationico con silicato sodico al pH deseado, donde tiene lugar la polimerizacion. El sol se estabiliza mediante ajuste del pH y se concentra al contenido deseado. La superficie de la sflice coloidal, al igual que muchas otras partfculas de sflice, consiste principalmente en grupos hidroxilo, o -Si-O-H, aunque pueden estar presentes otros grupos tales como silanodiol, -Si-(OH)2, silanotriol, -Si(OH)3, siloxanos de superficie, -Si-O-Si-O-, y agua unida a la superficie. La superficie de la sflice coloidal es anionica en un medio alcalino. Se estabiliza con cationes tales como sodio o amonio. En el caso de soles cationicos, puede usarse poli(cloruro de aluminio) como un agente de estabilizacion. En este estudio, se usaron dos sflices coloidales, Cembinder 45 y 50, suministradas por Eka Chemicals AB, Suecia. Las propiedades se exponen en la Tabla 6.

Tabla 6: Propiedades de Cembinder 45 y 50 de Eka Chemicals AB.

: PH Cond. Contenido de solidos


: (ms/cm) (%)

Cembinder 45: 10,03 5,32 33,15

Cembinder 50: 10,28 3,25 17,06

El primer conjunto de experimentos con Cembinder como estabilizador para la suspension se realizo a diferentes niveles de concentracion de Cembinder 45 que variaban de 2,5 a 25 g de sflice seca/kg de suspension. Se anadio Cembinder 45, con una carga de solidos del 33% en peso, como suspension en una suspension de sflice amorfa con una carga de solidos del 60% en peso. La carga de solidos en todos los experimentos se ajusto al 50% en peso anadiendo agua.

Como se muestra en la Figura 5, la viscosidad de la suspension aumenta exponencialmente en funcion de la concentracion de Cembinder 45. Las mediciones de oscilacion mostraron que una estructura de red solo se creana por encima de un cierto nivel de concentracion de Cembinder de 5 g/kg de suspension.

Puede verse tambien a partir de la Figura 6 que la viscosidad del sistema aumenta como una funcion del tiempo. La razon para esto puede estar relacionada con el cambio en las propiedades superficiales de Cembinder con el tiempo, debido a la interaccion con cationes solubles en la suspension. Parece que los cationes solubles tienden a absorberse sobre las partfculas de nanosflice, potenciando la formacion de la red. A niveles de concentracion de >10 g/kg de suspension, se forma una estructura de gel duro con un poco de agua encima. Por agitacion, la suspension puede hacerse fluida de nuevo.

Cembinder 50 es una suspension de sflice con una carga de solidos del 17% en peso y un pH de 10. Se supone que el tamano de partfcula promedio esta por debajo de 40 nm y no era medible por el metodo de Malvern debido a la debil senal de dispersion de luz. Al igual que con Cembinder 45, la viscosidad de la suspension cayo con el aumento de Cembinder 50 con el tiempo. A concentraciones de 5 g/kg de suspension, Cembinder 45 formaba un gel duro con el tiempo. Este aumento de viscosidad con el tiempo se muestra en la Figura 7.

Ejemplo 5 - Polisacarido

El polisacarido usado fue escleroglucano, que esta compuesto de glucosa como una unidad monomerica. Aunque produce soluciones acuosas con una viscosidad muy alta, su peso molecular no es muy alto: Pm = 540.000. La estructura qrnmica consiste en esqueletos de beta-1,3-D-glucosa con una cadena lateral de beta-1,6-D- glucosa cada tres esqueletos principales.

Las cadenas de escleroglucano disueltas forman una estructura de triple helice similar a una varilla, en la que los esqueletos de glucosa estan en el exterior, evitando de esta manera que las helices se acerquen unas a otras y formen agregados. Ademas, las moleculas de escleroglucano estan en un estado de enrollado aleatorio monocatenario cuando el pH es mayor que 12,5.

En la Figura 8 se muestra la viscosidad de la suspension estabilizada con escleroglucano como una funcion del escleroglucano. Empieza a formarse una estructura de gel a un nivel de concentracion >2 g/kg de suspension. La viscosidad era muy dependiente del pH, particularmente por encima de 6, lo que es indeseable. La viscosidad

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cambia con el tiempo. El escleroglucano tambien requiere la inclusion de biocida. Todos estos hechos hacen que el uso de escleroglucano sea poco atractivo para esta aplicacion particular.

La Figura 9 muestra una comparacion de la reologfa de la suspension estabilizada por los diferentes estabilizadores. La sepiolita muestra la reologfa de baja cizalla mas alta, lo que la convierte en un buen candidato para esta aplicacion. Las propiedades de dilucion por cizalladura de una suspension estabilizada con sepiolita indican una estructura de red debil que puede romperse facilmente aplicando energfa de baja cizalla. Este es un requisito importante, en concreto, una suspension no sedimentable y facil de verter.

A partir de los resultados de los Ejemplos 1 a 5, parece que Pangel 1500S es el mejor aditivo para evitar la sedimentacion de una suspension de sflice amorfa. Un nivel de concentracion de 5 g/kg de suspension mostro buena estabilidad durante 6 meses. En particular, la siguiente formulacion dio una suspension buena y estable;

A) un agente de regulacion del pH tal como H2SO4 (la dosificacion depende de la calidad, es decir, de las calidades de la sflice; una cantidad tfpica es de aproximadamente 2 g de H2SO4 concentrado/kg de suspension)

B) Pangel S1500 de Tolsa (5 g/kg de suspension)

C) Un dispersante anionico, tal como Castament FS20 de BASF (0,25 g/kg de suspension)

Pangel S1500 forma una estructura de red para suspender las partfculas grandes. Castament FS20 es un agente dispersante usado para debilitar el efecto de las especies cationicas en la fase acuosa que son responsables de la formacion del gel.

Ejemplo 6

El Ejemplo 6 compa el rendimiento de la sepiolita con la goma de xantano como un estabilizador para una suspension acuosa de sflice amorfa y harina de sflice.

Se ensayaron dos composiciones de suspension conocidas que usaban goma de xantano, denominadas polfmero XC P y polfmero XC L. El polfmero XC P es un polfmero en polvo recibido de Jungbunzlauer y el polfmero Xc es un polfmero lfquido recibido de CP Kelco Oil Field Group. La concentracion de goma de xantano en ambos ensayos era de 0,072 g/kg de suspension. Estas se compararon con tres composiciones de suspension usando tres cantidades diferente de arcilla sepiolita. La sepiolita usada fue Pangel S9.

Las tres composiciones que contienen sepiolita se fabricaron de la siguiente manera:

SEP A1 (1%) - se anadieron 10 g de Pangel S9 a 20 g de H2O

SEP B1 (0,8%) - se anadieron 8 g de Pangel S9 a 16 g de H2O

SEP C1 (0,6%) - se anadieron 6 g de Pangel S9 a 12 g de H2O

Despues, se anadieron 30 g de SEP A1 a 970 g de una suspension acuosa al 50% en peso de sflice amorfa y se mezclaron para formar SEP A2.

Se anadieron 24 g de SEP B1 a 976 g de una suspension acuosa al 50% en peso de sflice amorfa y se mezclaron para formar SEP B2.

Se anadieron 18 g de SEP C1 a 982 g de una suspension acuosa al 50% en peso de sflice amorfa y se mezclaron para formar SEP C2.

Despues, se anadieron 710 g de harina de sflice (Sibelco M10) a 800 g de cada una de las suspensiones SEP A2, SEP B2 y SEP C2 y despues se mezclaron para formar, respectivamente, SEP A3, SEP B3 y SEP C3. El pH de estas suspensiones se ajusto a pH 5 usando acido sulfurico.

Se llevaron a cabo ensayos de estabilidad a largo plazo sobre cinco composiciones. Los resultados se muestran en las Figuras 10 y 11.

El pH de todas las suspensiones se ajusto al comienzo del ensayo a 5 y, despues de 6 meses, el pH de todas las muestras vario entre 6,0 y 6,4, mostrando una buena estabilidad.

Ninguna de las suspensiones mostro sedimentacion durante el periodo de 6 meses. Todas las suspensiones mostraron tambien una consistencia de gel suave. La resistencia del gel puede correlacionarse con el lfmite de elasticidad. Los geles de las suspensiones de sepiolita eran mas blandos que los de goma de xantano.

La viscosidad plastica de las suspensiones de sepiolita era 3 magnitudes menor que el plastico en comparacion con la viscosidad de las suspensiones con goma de xantano. Los lfmites de elasticidad tambien eran menores en comparacion con las suspensiones de goma de xantano.

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La dosificacion optima de Pangel S1500 se determino, despues de muchos ensayos de laboratorio, que estaba en el intervalo de 2 - 10 g/kg de suspension. Por debajo de este intervalo, tiende a tener lugar la sedimentacion de la harina de s^lice. Por encima de este intervalo, la suspension tiende a formar un gel indeseable con el tiempo. La dosificacion de arcilla optima es de 3,5 g/kg de suspension. Esto da una estabilidad suficiente y un coste de produccion bajo. Anadir la arcilla antes o despues de la harina de sflice no tiene efecto sobre la reologfa del producto y, en consecuencia, sobre la estabilidad del producto.

El uso de arcilla sepiolita como un estabilizador para la suspension mostro resultados exitosos. Basandose en estos resultados, el polfmero XC puede reemplazarse por arcilla sepiolita con una concentracion del 0,35% en peso de la suspension. Esto reducira los costes de produccion y evitara la adicion de agentes conservantes para cualquier biopolfmero. La nueva composicion basada en la adicion de arcilla sepiolita es bastante sencilla, con solo 3 productos qmmicos ademas del agua. Las propiedades reologicas de la nueva suspension modificada son mejores que para una suspension convencional en terminos de VP y LE, y se necesita una energfa de bombeo mucho menor para transportar el producto.

Ensayo de aplicacion: ensayo de cemento para pozo petrolifero.

La suspension de sflice de acuerdo con la invencion estabilizada mediante sepiolita se ensayo en un cemento para pozo petrolifero con una densidad de 1,9 kg/m y se comparo con una suspension similar estabilizada mediante goma de xantano.

El ensayo del cemento se realizo de acuerdo con la norma API 10. Se uso la receta mostrada en la Tabla 7 para preparar suspensiones de cemento con una densidad de 1,9 kg/m3.

Tabla 7: Receta de cemento para pozo petrolifero que contiene una suspension acuosa de sflice amorfa y harina de sflice.

Ingredientes: Cantidad en gramos

Cemento G (g): 600

Agua dulce (g): 200

Suspension de sflice: 330

Dispersante: 18

Aditivo de perdida de fluido: 15,12

Retardador: 7,68

Agente antiespumante: 0,9

Se uso el siguiente equipo para preparar y caracterizar las suspensiones de cemento:

Un reometro Fann 35 de Chandler con termopar, un consistometro, un equipo para medir la perdida de fluido (HTHP), una mezcladora Waring de velocidad constante, un cilindro de medicion de 200-250 ml y una balanza de precision.

Los resultados como se indican en la Tabla 8 muestran que las propiedades reologicas (viscosidad plastica [VP] y lfmite de elasticidad [LE]) medidas a 90°C de la suspension de cemento con suspension de sflice estabilizada con sepiolita son mucho menores en comparacion con una realizada con una suspension de sflice estabilizada con goma de xantano. La perdida de fluido es ligeramente menor para el cemento con suspension de sflice estabilizada con sepiolita.

Tabla 8: Reologia y perdida de fluido de una suspension de cemento usando dos suspensiones de sflice diferentes.

Suspension de cemento: Temperatura Lectura del viscosfmetro Fann en rpm VP LE 1000 psi Filtro


: 600 300 200 100 60 30 3 cP lbs/100ft2 Perdida de fluido, ml Torta, mm

Suspension de sflice estabilizada con sepiolita: 20°C 205 117 86 50 34 20 9 100,5 16,5

90°C: 111 62 40 23 15 6 0 58,5 3,5 42 ml 15

Suspension de sflice estabilizada con goma de xantano: 20°C 267 167 127 79 59 40 20 132 35

90°C: 152 94 68 40 28 11 4 81 13 46 ml 17

La resistencia a la compresion medida por una tecnica de ultrasonidos mostro resultados interesantes. El cemento que contiene una suspension de sflice estabilizada con sepiolita de acuerdo con la invencion mostro una resistencia a la compresion temprana mucho mayor; 1651 psi despues de 12 horas en comparacion con 688 psi para el cemento que contiene una suspension de sflice estabilizada con goma de xantano. Esto se debe a que la goma de 5 xantano actua como un retardador. (1 psi = 6,90 kPa)

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Una suspension acuosa que contiene sflice amorfa, teniendo la s^lice amorfa un tamano de partfcula menor que 1 pm, caracterizada por que la suspension contiene de 0,1 a 1% en peso de la suspension de sepiolita como un estabilizador.
2. Una suspension segun la reivindicacion 1, caracterizada por que la sepiolita esta presente como 0,2 a 0,5% en peso de la suspension.
3. Una suspension segun la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, caracterizada por que la suspension tiene un contenido de solidos en el intervalo de 40 a 80% en peso de la suspension, preferiblemente de aproximadamente 50% en peso.
4. Una suspension segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que comprende adicionalmente harina de sflice.
5. Una suspension segun la reivindicacion 4, caracterizada por que la harina de sflice tiene un tamano de partfcula en el intervalo de 2 a 200 pm.
6. Una suspension segun la reivindicacion 4 o la reivindicacion 5, caracterizada por que la harina de sflice constituye hasta 50% en peso del contenido de solidos totales de la suspension.
7. Una suspension segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la suspension comprende adicionalmente un dispersante anionico en una cantidad en el intervalo de 0,1 a 0,5% en peso de la suspension.
8. Un metodo para la produccion de una suspension acuosa de acuerdo con la reivindicacion 1, donde la suspension acuosa contiene agua y sflice amorfa que tiene un tamano de partfcula menor que 1 pm, caracterizado por que se incluye sepiolita en una cantidad en el intervalo del 0,1 al 1,0% en peso de la suspension en la suspension como un estabilizador.
9. Un metodo segun la reivindicacion 8, caracterizado por que se produce una suspension de agua y sflice amorfa usando una mezcladora de alta cizalla.
10. Un metodo segun la reivindicacion 9, caracterizado por que la sepiolita se hidrata con agua y despues se anaden a la suspension agua y sflice amorfa, y se mezclan para formar una suspension estabilizada.
11. Un metodo segun la reivindicacion 10, caracterizado por que la cantidad de sepiolita anadida esta en el intervalo de 0,2 a 0,5% en peso de la suspension.
12. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por que la cantidad de agua y la cantidad de solidos se disponen de manera que el contenido de solidos de la suspension este en el intervalo de 40 a 80% en peso de la suspension, preferiblemente aproximadamente 50% en peso.
13. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por la adicion de harina de sflice a la suspension.
14. Un metodo segun la reivindicacion 13, caracterizado por que la harina de sflice tiene un tamano de partfcula en el intervalo de 2 a 200 pm.
15. Un metodo segun la reivindicacion 13 o la reivindicacion 14, caracterizado por que la harina de sflice constituye hasta un 65% en peso del contenido de solidos totales de la suspension.
16. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 15, caracterizado por que la harina de sflice se anade a la suspension de agua y sflice amorfa despues de la adicion de la sepiolita.