PT85332B - Processo de separacao, em regime de funcionamento continuo, de materias solidas pulverulentas carregadas electricamente, por electroforese e electroosmose - Google Patents

Description

A presente invenção refere-se a um processo de se paração em contínuo, por electroforese e electroosmose, de ma terias sólidas pulverulentas carregadas electricamente. Aplica-se às matérias sólidas que, quando em suspensão aquoso e quando são submetidas à acção de um campo co, se comportam como iões electronegativos, sendo electronegativo ou próprio daquelas, ou sendo-lhes por qualquer meio apropriado.

Numerosos processos desenvolvidos na indústria mineral, nomeadamente para o tratamento de caolinos, necessitam de uma concentração das suspensões que contêm partículas muito finas ou mesmo coloidais. De um modo geral os métodos de desidratação que recorrem às operações clássicas de filtração, sedimentação, centrifugação, ciclonagem, secagem poi via térmica, ou são demasiado ineficazes pelo facto de não permitirem obter um sólido suficientemente desidratado, ou são de custo proibitivo no plano económico. Admite-se que para partículas cujo diâmetro não ultrapasse os 10 microns a electofiltraçao constitui um método de concentração eficaz que, para um mesmo resultado final, põe em jogo apenas uma energia igual a um décimo da que é necessária para uma operação de secagem térmica.

princípio de funcionamento da electrofiltração é conhecido. A operação consiste em submeter a suspensão, que contém as partículas sólidas que se pretendem separar do líquido de suporte, à acção de um campo eléctrico criado entre jdois eléctrodos. Isto supõe em primeiro lugar que a suspendi são a tratar é condutora de corrente eléctrica. Se as partií

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i

I |cuias sólidas tiverem um carácter electronegativo elas desilocam-se, sob a acção do campo eléctrico, para o anodo sobre o qual têm tendência para se depositarem. 0 líquido libertaido pelo deslocamento próprio do sólido desloca-se em direcçã ίoposta e acompanha pois o movimento dos iões electropositivo ι

1' presentes na suspensão em direcção ao cátado. Os deslocamentos em direcçoes opostas das partículas sólidas e do liquide provocam uma separação das duas fases, concentrando-se o sólido por deposição sobre o ânodo.

Como é evidente a eficácia da operação é condicionada por um certo número de parâmetros, dos quais se mencionarão apenas os mais importantes:

- a dispersão das partículas no seio da massa líquida que as envolve, sendo esta dispersão função do seu peso específico e do seu potencial electrocinético, também denominado potencial zeta;

- a mobilidade das partículas sólidas, que é função simultaneamente do potencial zeta, do campo eléctrico que está ap cado e da viscosidade do líquido no qual elas se movem;

- a resistividade eléctrica própria do meio que, para um dado campo eléctrico, determina a intensidade da corrente em circulação.

A aquisição de um carácter electronegativo e a importância deste carácter, que condiciona nomeadamente a dispersão das partículas no seio da fase líquida, podem estar ligados ao emprego de aditivos minerais ou orgânicos solúvei em água. Estes aditivos introduzidos em muito fracas quantidades fixam-se por adsorpção sobre as partículas sólidas, co ferem-lhes um carácter electronegativo mais ou menos pronunciado e favorecem assim a sua dispersão no seio do líquido. Podem ainda modificar o carácter iónico próprio do líquido e actuar portanto sobre a resistividade do meio.

Outros parâmetros ligados à concepção e à realização das células de electrofiltração condicionam a eficácia do funcionamento destas células. Podem mencionar-se entre es tes a forma dos electrodos, a sua colocação, o seu afastamen

I

to e a natureza dos materiais que constituem esses mesmos electrodos.

Os problemas que se põem ao especialista em qualquer operação de electrofiltração são em particular as da obtenção por deposição sobre o ânodo de sólidos suficientemente isentos de água, que se torna necessário recolher, e os da eliminação do líquido deslocado pela concentração do depósito de matérias sólidas.

Tendo em vista aumentar a eficácia da recolha des tes sólidos, a forma do ânodo evoluiu com o tempo. É conhecida há já muitos anos, graças em particular à Patente Americana n2. 1 153 967, a utilização de ânodos rotativos que têm a forma de um tambor e que permitem efectuar simultaneamente, e de modo contínuo, o depósito e a eliminação da massa de sólidos. Este tambor, cujo eixo é horizontal, está imer so até meio numa tina contendo a suspensão a concentrar. A recolha dos sólidos é efectuada de modo contínuo por raspagem com auxílio de um dispositivo apropriado (cutelo, fio, racla) da superfície do ânodo quando esta emerge da suspensão devido à sua rotação.

Do mesmo modo é conhecido (Patentes Americanas 5 972 799 a 4 107 026 e Patente Francesa 2 552 096) o emprego de ânodos com a forma de discos que permitem aumentar ser. sivelmente a superfície activa para um mesmo volume da aparelhagem. Estes ânodos são dispostos verticalmente sobre um veio horizontal e rodam imersos até meio numa tina alimentada com a suspensão a tratar. Entre os ânodos e a uma distância constante estão fixadas divisórias solidárias com a tine isoladas electricamente desta e ligadas ao polo negativo de um gerador de corrente.

Em virtude de fenómenos de oxidação que têm lugar no ânodo por desprendimento de oxigénio e que podem ocasio1 nar uma degradação deste ânodo por corrosão, os especialistas na técnica foram levados a:

- ou a proteger o ânodo pela instalação na sua vizinhança próxima de uma membrana semipermeável que delimita uma câ mara anódica de pequeno volume e na qual se deposita o bo lo de sólidos, evitando assim a contaminação dos sólidos depositados pelos produtos de corrosão de ânodo (Patente Americana 4 048 038 e certificado adicional 2 423 254 à Patente Francesa n2. 2 35^ 802);

- ou a utilizar ânodos inatacáveis construídos em materiais nobres (por exemplo tântalo) ou de metais revestidos por electrodeposição destes materiais nobres (titânio platina do) ou óxidos metálicos insensíveis à corrosão.

No entanto uma dificuldade enfrentada pelos especialistas é a da eliminação contínua da água libertada pela deslocação e electrodeposição dos sólidos sobre o ânodo, assegurando no entanto a manutenção a uma concentração constan te da suspensão presente na célula de electro-separação.

As primeiras células não possuíam membranas semipermeáveis que permitissem delimitar uma câmara anódica e uma câmara catódica.

De acordo com a Patente Americana 1 132 967 os cá |í todos empregues eram constituídos por elementos metálicos em forma de barras ou de placas criando espaços para a passagem da fase líquida. Outros inventores utilizavam como eléctrodo uma tela metálica enrolada sobre um tambor consti··

I tuindo o cátodo (Patente Americana 1 435 886). 0 ânodo cons tituído por uma banda sem fim montada sobre rolos entrava en contacto com o bolo de sólidos depositados sobre o tambor d? que compartilhava a curvatura. A obtenção de um depósito de j sólidos concentrados por eliminação do líquido contido no i bolo era favorecida quer pela aplicação de uma pressão de

contacto entre a banda montada sobre rolos e o tambor, quer submetendo o tambor a vácuo. Tendo em vista aumentar a eficácia da desidratação associava-se assim uma extracção do líquido por electroosmose e uma filtração, quer sob o efeito da aplicação de uma pressão exterior, quer sob o efeito de uma depressão.

Como consequência a procura de melhor eficácia con duziu os especialistas à utilização de membranas semi-permea veis a fim cLe criar duas câmaras perfeitamente distintas, anódica e catódica. 0 papel das membranas semi-permeáveis é o de deixar passar o líquido, permanecendo todavia impermeá veis à passagem dos sólidos. Introduzindo-se a suspensão a tratar na câmara anódica e deslocando-se os iões electronegativos em direcção ao ânodo, a membrana desempenha um papel de meio filtrante relativamente ao cátodo. 0 líquido cujo volume corresponde ao volume de sólidos que se deslocam para o ânodo desloca-se sob a acção de forças de Drag, em direcção oposta para o cátodo, atravessa o meio filtrante e passa assim para a câmara catódica. A passagem deste líquido através do meio é condicionada por um certo número de fac tores ligados uns à constituição própria do referido meio (natureza do material, porosidade, permeabilidade, etc.) outros ao meio (viscosidade do líquido que desempenha o papel de eletrólito e de que a água é o principal constituinte).

A passagem do líquido através do meio em direcção à câmara catódica pode ser facilitada como já se disse submetendo este compartimento a um vácuo parcial (patente americana 4 005 849) o que equivale a aumentar a pressão motriz do escoamento osmótico através do meio. A regulação da extracção líquida pela regulação do nível do católito foi já • reivindicada na patente americana n2. 4 10? 026. Sabe-se que ίo débito de água que circula através do meio está relaciona 'j da com a perda de carga do escoamento. Uma vez que o objec

- 7 tivo pretendido é que as partículas sólidas migrem em direc ção do ânodo existe um valor do campo eléctrico denominado valor crítico acima do qual a força eléctrica exercida so bre a partícula equilibra a força Drag. A intensidade do cam po eléctrico aplicado deve pois ser superior a este valor crítico a fim de evitar a acumulação progressiva sobre o meio filtrante catódico das partículas mais finas arrastadas pela deslocação do líquido. Esta acumulação, visto que se opõe ao escoamento através do meio, tornaria mais difícil a passagem da fase aquosa.

A entrada da água na câmara catódica por passagem através do meio tem como efeito provocar uma diluição do electrólito (chamado ainda de católito) presente na câmara. A necessidade de manter um certo nível de concentração do católito a fim de assegurar a passagem de corrente eléctrica do cátodo para a suspensão a tratar conduziu os investigadores a extrair o electrólito diluído com o objectivo de o renovar, removendo-o directamente na câmara catódica.

Foi reivindicada uma regulação do débito de liqui do extraído da câmara catódica na patente francesa 2 554 80Ξ e no seu certificado adicional 2 425 254. A extracção da fa se aquosa da câmara catódica é regulada pela medição contínua do nível líquido do católito agindo quer independentemente, quer simultaneamente, sobre os dois parâmetros seguin t es:

- depressão reinante acima do nível líquido da câmara catódica e densidade da corrente eléctrica que circula através da célula de electrosseparação.

Com efeito a passagem do líquido através do meio filtrante catódico é facilitada pela manutenção permanente de uma depressão acima do nível do católito.

vácuo parcia

acima do cátodo é regulado com o auxílio de uma bomba de

j vácuo subordinata à medida do vácuo. Além disso a formação de um leve depósito de finas partículas sólidas sobre o meio filtrante ou a acumulação destas partículas na sua vizinhan ça próxima podem ser promovidas ou evitadas modificando a intensidade do campo eléctrico e consequentemente a densida de da corrente. Um aumento da densidade de corrente provoca um acréscimo correspondente da velocidade de migração das partículas sólidas para o ânodo. Uma diminuição da densidade de corrente terá como consequência a formação de um depó sito de partículas sobre o meio filtrante que se opõe à pas, sagem de líquido. Assim, agindo simultaneamente sobre os dons parâmetros (depressão reinante sobre o nível do católito e densidade de corrente) o especialista na técnica consegue obter um funcionamento equilibrado da célula para um débito fixado da extracção do filtrado para fora da câmara catódica.

Entretanto a experiência adquirida pela requerente mostrou que no decurso do tempo, depois de um certo número de horas de operação, uma regulação que não entre em conta senão com os dois parâmetros mencionados acima revela-se bajn tante insuficiente para manter um funcionamento eficaz da célula de electroseparação, visto que se observa simultânea mente uma diminuição progressiva do depósito de sólidos sobre o ânodo, uma diminuição do débito do filtrado que atravessa o meio catódico e um aumento do pH do católito tenden do para valores alcalinos elevados.

Os especialistas, para aumentar a eficácia da separação dos sólidos recorreram à introdução de aditivos áci dos na câmara catódica, já é conhecido de um certo número ; de patentes americanas acima citadas (US 3 980 547, US 4 003811 e US 4 048 038) ácidos clorídrico, sulfúrico ou fosfórico.

I De acordo com aquelas patentes procura-se manter o pH do ca ί tólito entre 2 e 7, indo a concentração da solução ácida in

troduzida de 0,1% a ICP/é (patente US 3 980 547) ou de 0,1 a 1% em peso (patente US 4 003 811 e US 4 048 038).

A medida que a fase aquosa proveniente da câmara anódica penetra por electroosmose através da membrana na câ mara catódica, a diluição do católito daí resultante origina uma alteração das características eléctricas deste último (nomeadamente a resistividade). Para que a transmissão da corrente eléctrica seja mantida a um nível satisfatório é necessário que as propriedades do católito, e por consequência a sua composição, não variem para além de certos li mites. A fim de extrair a fase aquosa como indicado anterio:; mente e a fim de manter uma passagem permanente da corrente em valores de intensidade conhecidos os especialistas foram conduzidos (patentes americanas US 3 980 547» US 4 003 811 e US 4 048 038) e assegurar uma circulação aberta contínua do católito através da câmara catódica. É introduzido católito fresco de forma contínua directamente na câmara catódi ca e o católito exausto é removido desta mesma câmara. É adz cionada ao católito fresco, como já se mencionou, uma solução ácida de modo a manter o pH do católito contido na cama ra catódica dentro de uma gama de valores compreendidos entre 2 e 7·

Segundo outras formas de realização da técnica an terior certos dispositivos de electrosseparação comportam

I adicionalmente uma segunda membrana semi-permeável disposta em torno do ânodo e definindo um espaço fechado denominado câmara anódica. 0 papel desta membrana (constituindo igualmente um meio filtrante) sobre a qual se depositam por elec troforese as partículas sólidas é evitar uma contaminação deste depósito pelos produtos de corrosão do ânodo (patente US 4 048 038).

electrolito contido na câmara anódica, denomina

do anólito, contém sais minerais dos quais alguns se dissociam sob a acção de reacções electrocuímicas localizadas na vizinhança do ânodo. A alteração das propriedades eléctricaí [ daí resultantes necessitam, tal como no caso dos católitos, de uma renovação destes anólitos com a finalidade de manter a sua composição próxima de valores constantes.

Sabe-se, graças ao certificado adicional FR 24232^ da existência de dispositivos que permitem assegurar esta rd novação. A instalação comporta um conjunto de aparelhos dispostos segundo um anel fechado sobre a câmara anódica. C anç lito removido passa primeiro por uma câmara de desgaseifica ção onde se efectua a separação entre a fase líquida e os ga ses gerados pelas reacções electroquímicas da decomposição do electrólito em contacto com o ânodo. A fase líquida escoí re por gravidade num reservatório tampão antes de ser reenvã da à câmara anódica por meio de uma bomba. 0 anólito exauste é retirado directamente deste reservatório tampão. Do mesmo modo é introduzido anólito fresco, contido num reservatório intermédio de armazenagem, num ponto do circuito a montante do reservatório tampão. Entretanto, sendo a retirada do anó jlito exausto efectuada directamente por meio de uma soleira de transbordo fixada sobre o reservatório tampão atravessa• do pela corrente do anólito reciclado em direcção à câmara anódica, o dispositivo tal como foi descrito não pode funcionar eficazmente senão se a introdução de anólito novo no circuito e a retirada do anólito exausto forem efectuadas independentemente uma da outra e de maneira descontínua. Re sulta daí que a composição do electrólito em circulação fe'chada sobre o ânodo não pode ser mantida constante tal como ! está descrito no certificado anteriormente mencionado e vaI ria entre limites de valores que não foram precisados.

Além disso, como o anólito é uma solução de KaCl, forma-se cloro por reacção electrolítica que se desprende no ânodo como se indica no certificado adicional FR 2 423 254-, este cloro deve ser eliminado ou eventualmente reintroduzido na câmara catódica. Mas a manipulação de cloro gasoso e a sua reintrodução na referida câmara apresentam inconvenientes muito sérios. No caso de a introdução do cloro gasoso se fazer na atmosfera de hidrogénio que se liberta na câmara catódica pode daí resultar uma mistura explosiva. No caj so da injecção directa do cloro no católito, esta injecção conduz à formação de ácido hipocloroso com uma fraca constante de dissociação que não prejudica a evolução progressiva do católito para valores de pH fortemente alcalinos. Além disso os hipocloritos produzidos na católito são compostos agressivos que provocam a destruição do cátodo por corrosão e a ser removida não pode contaminação do católito cuja fracção rejeitada para o meio natural.

Deste modo, quaisquer que sejam na técnica anterior para o tratamento as soluções descrj_ do católito, nomea tas damente a injecção do cloro ou a introdução de soluções de ácidos minerais (HC1, H2S0^, H^PO^) o referido católito con tém ainda elementos extranhos tais como enxofre, cloro, fós foro, inicialmente ausentes da suspensão a tratar. A fracção do católito retirada da câmara catódica constitui um efluente qne necessita, antes da sua eliminação, de um tratamento apro priado para a que possa satisfazer aos regulamentos antipoluição.

Por outro lado é sabido cientificamente que o volume da fase aquosa eliminada corresponde ao volume da fase aquosa deslocada por electroosmose através do bolo de part£ cuias sólidas depositadas sobre o ânodo. E por esse facto un funcionamento contínuo, sem perturbações, da electroseparação necessita simultaneamente de uma perfeita regularidade de passagem desta fase aquosa através do meio filtrante e uma excelente regularidade da sua extracção.

Requerente pôs em evidência, aquando

suas pesquizas, a importância do papel desempenhado pelos iões hidroxilo OH^- gerados na vizinhança do cátodo pela reacção de electrólise. Estes iões, que migram na direcção do ânodo chocam durante a sua deslocação com a barreira que constituo o meio filtrante catódico e contrariam a passagem da fase aquosa no sentido inverso através do referido meio.

A acumulação catódica dos iões hidroxilo age pois desfavoravelmente sobre o funcionamento da célula, constituindo um obstáculo à passagem da fase aquosa em direcção ao cátodo e como consequência perturbando a concentração por electroosmose dos sólidos depositados sobre o ânodo. Esta acumulação traduz-se por uma modificação do pH do católito que evolui, se não fôr contrariado, para valores fortemente alcalinos. Tem como consequência originar, após um certo nú mero de horas de operação, um funcionamento muito perturbado da célula com risco de bloqueamento, quaisquer que sejam os valores de regulação adoptados para os outros parâmetros que condicionam a electrosseparação (campo eléctrico, densidade de corrente, resistividade do meio, depressão acima da câmara catódica, etc.).

A presente invenção refere-se a um processo de separação em contínuo por electro-forese e electro-osmose, de partículas minerais carregadas electricamente com carga negativa, em suspensão num meio aquoso, processo no qual o tra tamento do católito é efectuado em contínuo por um agente que, modificando a relação das espécies iónicas normalmente presentes, assegura uma electrosseparação eficaz dos sólidos por formação contínua e regular de um depósito de partículas sobre o ânodo, aumenta a eficácia da passagem osmótica da fase aquosa através do meio filtrante catódico, permite man ter o pH do católito dentro de uma gama de valores próximos da neutralidade, não introduz no católito qualquer elemento

extranho que modifique a composição deste católito e que não esteja já presente na suspensão a tratar, confere assim à fase aquosa extraída da câmara catódica, com vista à eliminação da água em excesso, um carácter não poluente.

De acordo com a invenção o processo contínuo de se paração por electroforese e electroosmose de partículas minerais finas em suspensão num meio aquoso compreendendo:

- a introdução (em contínuo) da suspensão contendo a matéria sólida tendo um carácter electronegativo numa célula de electro-separação munida de um ânodo de um cátodo entre os quais se estabelece um campo eléctrico, sendo o preferido cátodo equipado com um meio filtrante permeável unicamente à fase líquida e que define uma câmara catódica conten do um católito, enquanto que o espaço entre o meio filtrai.

te e o ânodo constitui a zona a partir da qual o excesso da apropriado;

de tratamento da suspensão suspensão é evacuado por um meio

- o deslocamento das partículas sólidas sob o efeito de um campo eléctrico, a sua deposição sob a forma de um bolo sobre a superfície do ânodo e a descarga do bolo para fora da zona de tratamento da suspensão;

- o deslocamento em sentido inverso, na direcção da câmara i catódica, da fase líquida, a sua filtração através do meie filtrante sob a acção de uma depressão e a sua evacuação da referida câmara;

é caracterizado pelo facto de, com a finalidade de se realizar simultânea e continuamente um depósito regular da fase sólida sobre o ânodo e uma extracção regular da fase líquida com um rendimento em água pelo menos igual a 1, sendo o reI ferido rendimento definido pelo quociente entre a quantidade de água que atravessa o meio filtrante catódico e a quantidade teórica de água deslocada por electroosmose da

unidade de tempo,

a)

b)

c) se retirar da câmara catódica uma quantidade Q, de católito por unidade de tempo, sendo muito superior a Q^, se separar a quantidade em duas fracções e Q2 ^{e se} eliminar Q_x, se tratar contínuamente a fracção Qg ^num dispositivo de tratamento exterior à célula de electrosseparação por me:.o de um agente de tratamento, e

d) se reinjectar continuamente a fracção tratada Qq na câma· ra catódica para modificar no católito o quociente entre as quantidades das espécies iónicas presente e tornar 0 católito apto para a sua rejeição natural.

A Requerente, depois de numerosas experiências, realçou a importância do referido rendimento de extracção de água definido como sendo a relação entre, por um lado, a quantidade de água que atravessa 0 meio filtrante e é eliminada definitivamente e, por outro lado, a quantidade teórica de água deslocada por electroosmose quando da fo£ mação do depósito de partículas sólidas sobre o ânodo, refe ridas à unidade de tempo.

A experiência mostra que uma condição absolutamente necessária para um funcionamento contínuo e regular da célula de electrosseparação é que este rendimento seja pelo menos igual a 1, convenientemente superior ale esteja pre ferivelmente compreendido numa gama de valores entre 1,01 e 1,50.

Assim, conhecendo 0 teor em maréria seca da suspen são a tratar e fixando-se o teor em matéria seca do bolo a recolher sobre 0 ânodo, é possível determinar a quantidade por unidade tempo do líquido deslocado por electroosmose no bolo a fixar 0 valor da quantidade de líquido por uni

I dade de tempo a eliminar definitivamente.

Uma vez definida a fracção separa-se na câmara catódica uma quantidade por unidade de tempo muito superior a Esta quantidade é depois fraccionada em duas quantidades ^e ^2’ ^seri^^{0 a} quantidade eliminada defini tivamente enquanto que a quantidade Q₂ ® destinada a ser trí. tada.

A fracção Q₂ destinada a ser reintroduzida na câmara catódica após tratamento é regulada de modo que a rela ção seja pelo menos igual a 1,5» convenientemente pelo menos de 2,5 mas esteja de preferência compreendida entre 4 a 8 a fim de favorecer a difusão e a mistura de Q₂ ^no seio do católito presente na câmara catódica.

Simultaneamente -se o seu pH e compara-se preferência. A comparação com a retirada da fracção medeeste valor medido com um valor de entre os dois valores do pH permi te regular a introdução do agente de tratamento na fracção

Q₂ de modo a obter-se na câmara catódica um pH próximo ou igual ao pH pretendido para a fracção

Dum modo geral o pH da fracção a eliminar é fixado pelo utilizador e permite definir o valor do pH de pre ferência. De um modo de preferência e para satisfazer as nor mas de rejeições antipoluentes o pH da referida fracção é escolhido no intervalo situado entre 6,5 θ 8.

Para favorecer a passagem da fracção através do meio filtrante cria-se de forma conhecida uma subpressão na câmara catódica. Esta deprçssão è g'eralmente fixada num valor de pelo menos 6,5-10 Pascal (correspondentes a 50 mm de uma coluna de mercúrio) e de preferência em valores compreendidos entre 13 . 10^ Pascal e 47 . 10^ Pascal (correspondentes a 100 a 350 mm de mercúrio).

agente de tratamento utilizado de acordo com o processo é um agente com carácter ácido e mais preferivelmente este agente é o anidrido carbónico (CC^).

Para uma boa execução do processo de acordo com a invenção as caracteristicas eléctricas de funcionamento da célula de electrosseparação são as seguintes:

- a intensidade do campo eléctrico entre os dois electrodos é escolhida no intervalo de 1 a 25 volt.cm'^;

- a densidade de corrente eléctrica é regulada para o ínter valo de 1 a 20 míliampere. cm e preferivelmente entre 5 e 16 míliampere.cm

De acordo com a invenção a suspensão a tratar, con tendo partículas minerais finas de carácter electronegativo, adquirido naturalmente ou artificialmente, dispõe geralmente de uma resistividade eléctrica compreendida num intervalo de 250 a 25OO ft.cm e preferivelmente entre 500 e 1800 S?. cm para permitir a passagem de uma corrente de intensidade suficiente, limitando no entanto o consumo de energia eléctrica.

A invenção será melhor compreendida graças à descrição que dela será feita a partir de um esquema (fig. 1) ilustrando 0 processo sem limitar o seu âmbito.

De acordo com a fig. 1 o dispositivo utilizado é constituído por uma célula de electrosseparação comportando um reservatório (1) equipado com uma tubagem de alimentação (2), esta por sua vez ligada a um reservatório de armazenagem (3) contendo a suspensão a tratar, e um reservatório (4^ ligado a uma tina de recepção (5), de modo que a célula fun ciona com um nível constante da suspensão e que 0 excesso de alimentação seja retido automáticamente na tina de recepção (5)· No interior do reservatório (1) estão colocadas uma

ou mais séries de eléctrodos catódicos e anódicos dispostos alternadamente a distâncias reguladas umas em relação às ou tras e cujas superfícies planas são paralelas umas às outras. Os ânodos (6) ligados ao polo positivo de uma fonte exterior de corrente (7) podem:

- ou tomar uma forma rectangular, e é então possível deslocá-los num plano vertical num movimento de baixo para cima paralelamente a si próprios a fim de os retirar da tina de electrólitos onde estão mergulhados para recolher o bolo de sólidos depositados no decurso da electrólise,

- ou de forma preferível, tomar a forma de discos circulares animados de um movimento de rotação em torno do seu eixo horizontal e, neste caso, a remoção do bolo de sólidos e efectuada continuamente na parte do disco que emerge da suspensão por qualquer meio (cutelo, fio, racla, etc.) já conhecidos dos especialistas na técnica.

Estes eléctrodos são construídos num metal nobre, tal como titânio, revestido por electrodeposição de uma camada fina de platina ou qualquer outro metal ou óxido metálico resistente à corrosão pelos gases produzidos no ânodo ou pelos iões H⁺ associados a libertações gasosas que têm li. gar durante as reacções electroquímicas.

Os cátodos (8) são constituídos por elementos fixos e, de acordo com uma das formas de realização da presen te invenção, podem apresentar-se sob a forma de sectores se mi-circulares em tela de aço inoxidável inteiramente imersos na suspensão e ligados ao polo negativo do gerador de corren te (7). Cada cátodo está dotado de um meio filtrante (9) que delimita um volume fechado (10) denominado câmara catódica, na qual está contido o católito.

A câmara catódica está ligada:

1/ ι

- por um lado, por meio de uma conduta (11) que desemboca pela sua parte superior numa bomba de vácuo (12) que permite regular a depressão acima do nível do católito em torno de um valor de referência em função da medida própria (21) desta depressão na câmara catódica,

- por outro lado, por meio de tubagens (15) e (14) que desembocam na câmara abaixo do nível do católito, a um dispositivo (15) que assegura a injecção contínua e regulada do agente de tratamento (gás carbónico CC^) no circuito fechado constituído pelo conjunto destas duas tubagens, do dispositivo de injecção (15) e da câmara catódica (10)

É assegurada uma circulação do católito de forma contínua com o auxílio de uma bomba (16) no circuito assim definido. A injecção do agente de tratamento é efectuada por qualquer meio conhecido dos especialistas na técnica que permita obter um contacto eficaz entre o agente e o líquido. 0 dispositivo deve ser adaptado em função do agente utilizado e do débito de católito em circulação.

Nos casos em que o agente de tratamento é o gás carbónico (CC^) e para instalações de baixa capacidade o dispositivo de injecção de pode ser um disco de vidro sinterizado. Para débitos de líquidos e gasosos mais importantes pode ser aconselhável recorrer a dispositivos conhecidos dos especialistas na técnica da engenharia química, tais como colunas de enchimento ou colunas de dispersão. O débito do agente de tratamento é regulado em função de uma medida (2C) do pH do católito efectuada continuamente sobre o católito removido da câmara catódica. A medida deste pH comparada a um valor de referência actua sobre uma válvula automática (19) que permite modificar 0 débito do agente in troduzido no circuito de modo a manter permanentemente na câmara catódica um pH de valores próximos ao valor do pH es

- 19 colhido pelo utilizador.

Sxtrai-se continuamente da câmara (10) uma quantidade do católito por unidade de tempo por meio da tubagem (13). Este volume é fixado num valor muito superior a . Por outro lado o volume é retirado do débito total de católito que sai da câmara (1C) e é evacuado para fora do circuito por meio da válvula (17) e da tubagem (18). No caso do agente de tratamento ser o CC₂ e da fracção eliminada constituir um efluente cujo pH controlado continuamente e o teor em constituintes químicos estejam conformes com as normas de rejeição autorizadas pelos regulamentos oficiais antipoluição, a diferença de débitos ou seja Q₂, é apenas tratada no dispositivo (15) de introdução do agente e reenviada à parte inferior da câmara catódica (10) por meio da bomba (16) e da tubagem de retorno (14). Nos casos em que o agente de tratamento é o C0₂ a utilização de um dispositivo apropriado (15) para a sua injecção permite obt uma dispersão homogénea do gás na fracção líquida Q₂· A reintrodução em circulação contínua da referida fracção na paç te inferior da câmara catódica, assim como a extracção da frac ção Qj no topo desta câmara, asseguram uma perfeita difusão do católito tratado no seio do católito contido tura da câmara catódica. 0 débito de circulação valor tal que permite assegurar uma absorção do quantidades suficiente para neutralizar os iões produzidos na câmara catódica e manter nesta câmara um pH por exemplo no máximo igual a 8. Tendo em conta a fraca alcalinidade do católito retirado da câmara catódica e por conseguinte da fraca solubilidade do C0₂ no católito, a relação de débitos mássicos entre o líquido circulante e o CO2 gasoso deve ser elevada para assegurar a absorção neces sária do CC>₂ gasoso.

processo de acordo com a invenção tal como foi

3Γ a toda a al

Q₂ Vem um gás CO^ em hidroxilo

descrito pode ser aplicado ao tratamento de quaisquer suspensões contendo partículas finas de matérias sólidas electronegativas, com vista à separação das referidas partículas da fase líquida em que elas são mantidas em suspensão. Estas suspensões podem conter materiais assaz diversos como carbo nato de cálcio, caolinos, silicatos, óxidos de titânio, alu mina, fosfatos de cálcio, gessos, etc..

A concentração em sólidos do bolo obtido por elec trosseparação pode atingir por exemplo valores bastante ele vados como 75% para concentrações da suspensão submetida ao tratamento compreendidas entre 20 e 50%> em peso.

A fim de ilustrar de forma mais precisa bilidades oferecidas pela invenção descrevem-se a exemplos referentes um à electrosseparação de uma de carbonato de cálcio e o outro à electrosseparação de uma suspensão de caolinos.

as possiseguir do:.s suspensão

EXEMPLO I

Utilizou-se uma suspensão de carbonato de cálcio (CaCOj) de concentração em matéria sólida igual a 49,6% na qual se introduziu um polímero orgânico (poliacrilato de só j dio) em concentrações da ordem de 0,3 a 0,4% em peso referi, ido à matéria seca (sec sur sec) e em relação ao carbonato de { cálcio. Este polímero, que se adsorve sobre as partículas de carbonato de cálcio, tem a propriedade de carregar muito nei gativamente as partículas sólidas. A resistividade da fase aquosa é próxima de 600 S?.cm.

campo eléctrico aplicado entre os electrodos é jde 11,7 volt.cm \ o que, tendo em conta uma distância entre |electrodos de 6 cm, corresponde a um campo global de 70 volt |A densidade de corrente é próxima de 16 miliamperes.cm^-^. A jdepressão aplicada acima do nível líquido no recinto catódi21 co é de lula colhida sólida de CaOC^ é de 75%, ‘ de

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26.10 Pascal (ou seja, cerca de 200 mm de mercúrio, Para um débito d.e alimentação em suspensão da céelectrosseparação igual a 765 Kg.h ¹ e uma massa re

T nr / de 506 Kg.h de bolo, cuja concentração em matéria o débito Q, de líquido retirado da célula e rejeitado da câmara catódica é de 265 l«h .0 debito teórico Qm de água deslocada por electroosmose quando do depósito de matéria sólida sobre o ânodo é de 259 l«h C rendimento de extracção em água é pois próximo de 1,C15· 0 débito total extraído da câmara catódica é de 1763 l«h 0 débito de católito reciclado na câmara catódica é de 1500 l.h correspondente a uma relação Qz/Qy igual a 5,79· 0 pH do católito retirado é de 7,9· A injecção de CO2 é regulada para que tendo em conta um débito de líquido em cir culação Q2 ^àe 1500 l.h'¹ 0 pH desta fracção Q2 ^sej^£ reluzido para 7,3· 0 débito de 00_Ω gasoso nestas condições é de _í

0,4- Kg.h , 0 que corresponde a um consumo de CC^ mui ligeiramente superior a 1 g (ou seja, 0,51 litros nas condições normais de pressão e temperatura) por Kg de CaCO^.

efluente retirado da célula nas condições ope ratórias descritas tem a seguinte composição química:

Ea+	1,2 g.r1	HCOj- 3,61 g.l’1
Ca++	34-,5 mg.l’1	DOO 80 mg.l-1
Kg+ +	0,7 mg.l-1
	0 pH de (como	indicado anteriormente) é de

7,1· filtrante que delimita a pequenos raios de poros

Em virtude da utilização, como meio câmara catódica, de um diafragma de em poli (cloreto de vinilo) o teor em matérias sólidas presentes no efluente é inferior a 50 mg.l j A composição química, o pH e o teor em matérias só jlidas são tais que o efluente líquido possui um carácter não í i j

poluente e pode ser rejeitado tal qual sem tratamento comple mentar destinado a torná-lo conforme com as normas de rejeição anti-poluição.

I

EXEKíPLO II trata da separação de partículas de suspensão aquosa de concentração em a 24,6%, na qual se introduz um agen expressa em no exemplo reduzida pa densidade outro lato catódica mercúrio). um débito

Este exemplo caolino presentes numa matérias sólidas igual te dispersivo constituído por um copolímero de acrilato de sódio e de acrilamida numa concentração de 0,6% peso de matérias secas em relação ao caolino.

A aparelhagem utilizada é a mesma que I, todavia tendo uma distância entre electrodos ra 5 cm em vez de 6 cm. A tensão aos bornos do gerador de corrente era de aproximadamente 56 volt, correspondendo a um campo eléctrico da ordem de 11,2 volt.cm”^. A de corrente foi mantida a 8 miliampere.cm . Por a depressão acima do nível de católito na câmara x

era de 1J.1C Pascal (ou seja cerca de 100 mm de Nas condições operatórias assim definidas e para de alimentação da célula em suspensão da ordem de 489 Kg.h^- a quantidade de caolinos húmidos depositados sobre o ânodo era de igual a 261 Kg.h”’^, sendo a concentração destes caolinos em matéria seca de 46,9%. 0 débito de líquido extraído da câmara catódica e rejeitado definitivamente era de 300 l.h para um débito de água teórica Q_ deslocada por electroosmose de 228 l.h . 0 rendimento de extracção de água era pois igual a 1,315· A quantidade de C0£ injectado na fraç çao católito em circulação na câmara catódica foi ajusta do de forma que o pH na câmara católica variasse num intervalo situado entre os limites 6,7 e 7,5· A fracção aquosa Qj extraída da câmara catódica, e cuja parte eliminada constitui um efluente, tenha um pH muito próximo da neutra-

lidade. Por sua vez o teor em elementos cálcio e sódio dest€ efluente eram os seguintes:

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700 mg.l¹

A DCO estava compreendida entre 20 e

Ca^⁺ 21 mg.l”l mg.1”^.

Como no caso do exemplo I, sólidas em suspensão no efluente era a quantidade de matérií.s inferior a 50 mg.l”^.

aXSLPLO III papel do COg é demonstrado no exemplo seguinte no qual uma mesma suspensão de caolino (English China Clay) foi tratada durante o mesmo período de duração da experiência numa célula de laboratório, sucessivamente na presença e depois na ausência de uma injecção de COg gasoso.

As condições de funcionamento da célula eram as seguintes:

campo eléctrico 11,5 volt.cm^ distância entre electrodos 5 cm densidade de corrente 8 miliampere.cm depressão acima do nível de católitona câmara catódica 13.10^ Pascal (ou seja, cerca de 100 mmHg).

I

A suspensão de caolino tratada tinha uma concentra ção inicial em matérias sólidas de 25,9%. Introduzia-se nesta suspensão um agente dispersivo constituído por um copolímero de acrilato de sódio e de acrilamida na concentração de 0,6% em peso expresso em matéria seca (sec sur sec) relativamente ao caolino.

Os dois ensaios foram efectuados um na ausência d€ COg θ o outro de acordo coai a invenção, com uma injecção de OOg regulada de maneira a manter na câmara catódica um pH

próximo de 8; estes dois ensaios tiveram cada um uma duraçãc de 12 horas.

No Quadro I representaram-se para cada experiêncis na presença e na ausência do gás CO2 ® para a primeira, terceira, sexta e décima segunda horas de funcionamento da célula, os valores:

- quantidades de matérias sólidas expressas em matéria seca separadas sobre 0 ânodo,

- débitos de água extraída da câmara catódica expressos em litros por hora,

- rendimentos em água (Q-^/Q^).

QUADRO I

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A partir deste quadro é interessante observar que na ausência de injecção de CO^ o rendimento em água da célu la assim como a quantidade de matéria mineral depositada sobre o ânodo são decrescentes com o tempo, sendo a perda de productividade da ordem de 13% em 12 horas, ou seja um pouco mais que um ponto por hora, enquanto que na presença de uma injecção de CO^ ⁰ rendimento em água e a quantidade de maté ria mineral depositada sobre o ânodo permanecem constantes com o tempo.

Claims (11)

1. REIVINDICAÇÕES;

   1£. - Processo de separação, em regime de funcionamento contínuo de partículas minerais sólidas finas em suspensão num meio aquoso, por electroforese e electroosmose, compreendendo

   - a introdução contínua de suspensão de matérias sólidas tem do uma carga eléctrica negativa, numa célula de electrosseparação dotada de um ânodo e de um cátodo entre os quai 3 se estabelece um campo eléctrico, sendo o referido cátodo equipado com um meio filtrante permeável unicamente à fase líquida que define uma câmara catódica contendo um católito, enquanto o espaço entre o meio filtrante e o ânodo constitui a zona de tratamento de suspensão a partir da qual o excesso da suspensão é evacuado por um meio aprD priado,

   - o deslocamento das partículas sólidas sob o efeito de um campo eléctrico, o seu depósito sob a forma de um bolo sç> bre a superfície do ânodo e a descarga do bolo para fora da zona de tratamento da suspensão,

   - o deslocamento em sentido inverso, na direcção do compartimento catódico, da fase líquida, a sua filtração através do meio filtrante sob a acção de uma depressão e a sua evacuação do referido compartimento, caracterizado pelo facto de, com a finalidade de se realizai? simultaneamente e continuamente um depósito regular da fase sólida sobre o ânodo e uma extracção regular da fase líquida com um rendimento em água pelo menos igual a 1, sendo o referido rendimento definido pelo quociente entre a quantidade de água que atravessa o meio filtrante catódico e a quantidade teórica de água deslocada por electro-osmose na unidade de tempo,

   a) se retirar da câmara catódica uma quantidade Q- de católito por unidade de tempo, sendo muito superior a

   b) se separar a quantidade em duas fracções Q₁ e e se eliminar Q₁,

   c) se tratar continuamente a fracção Q2 ^num dispositivo de tratamento exterior à célula de electrosseparação por meio de um agente de tratamento, e

   d) se reinjectar continuamente a fracção tratada Q2 ¹¹⁰ compartimento catódico para modificar no católito o quocien te entre as quantidades das espécies iónicas presentes e tor nar 0 católito apto para a sua rejeição natural.
2. 2a. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a relação Qj/Qrp ser conveniente mente superior ale preferivelmente estar compreendida entre 1,01 e 1,5·

   5a. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de a relação Q₂/ /Ο,ρ ser superior a 1,5 e estar de preferência compreendida entre 4,0 e 8,0.
3. 4ê. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo facto de o agente de tra tamento ter um carácter ácido.
4. 5a. - Frocesso de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de o agente de tratamento ser de preferência CO2·
5. 6^. - Processo de acordo com qualquer cLas reivindicações 1 a 5» caracterizado pelo facto de se medir continuamente 0 pH da fracção retirada e se comparar 0 valor médio com um valor de referência estabelecido préviamente.
6. 7&. - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de o valor do pH de referência estar compreendido entre 6,5 e 8,0.
7. 8ê. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo facto de a introdução do agente de tratamento estar sujeita à medida do pH e ao pH de referência.
8. 9^ê· - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo facto de se praticar na câmara catódica o estabelecimento de um vácuo parcial de, x pelo menos, 6,5 x lCr Pascal.
9. 10â. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo facto de o vácuo parcial estar de prefe_Λ 3 3 rencia compreendido entre 15 x 10 e 47 x 10 Pascal.

   llê. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo facto de se regular a resistividade da suspensão introduzida entre 250 e 2500 Λ. cm e de preferência entre 500 e 1800 Λ.cm por introdução de um agente catiónico.
10. 12&. - Processo de acordo com qualquer das reivin dicaçÕes 1 a 11, caracterizado pelo facto de o campo eléctri co entre os dois eléctrodos ter um valor compreendido entre 1 e 25 volt.cm”^· e preferivelmente entre 5 © 15 volt.cm”^.
11. 13«. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 12 caracterizado pelo facto de a densidade de corrente estar compreendida entre 1 e 20 miliampere.cm e de preferência entre 5 © 16 miliampere.cm”^,