PT92941B

PT92941B - Processo de producao de uma folha flexivel contendo uma mistura de argila possuindo resistencia a contaminacao e preparacao da referida mistura

Info

Publication number: PT92941B
Application number: PT92941A
Authority: PT
Inventors: Arthur James Clem
Original assignee: Clem Environmental Corp
Priority date: 1989-02-01
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1995-11-30
Also published as: JPH0376915A; CN1044617A; CN1023455C; US4997695A; JPH0649970B2; NO900371D0; ES2064610T3; DE69014326D1; CA2008222C; EP0381342A2; MY106052A; PT92941A; DE69014326T2; NO900371L; CA2008222A1; KR900012843A; EP0381342B1; AU4867690A; IE66052B1; EP0381342A3

Description

MEMÕRIA DESCRITIVA

O presente invento é uma continuação em parte do pedido de patente n9 274 166 depositada em 21 de Novembro de 1988.

O presente invento refere-se ao processo de produção de uma folha flexível contendo uma mistura de argila, para uso na limitação ou prevenção do fluxo de ãgua do mar e de outras soluções contendo catiões, particularmente catiões que se encontram presentes nos esgotos industriais.

A importância da prevenção do fluxo e escape dos desperdícios tóxicos é cada vez maior. A contenção adequada dos desperdícios e de esgotos industriais é crítica para a preservação do meio ambiente. Ã medida que se usam novos processos na industria, surgem também novos problemas no tratamento dos subprodutos desses processos.

A bentonite é uma argila particularmente adequada para uso na formação de barreiras de fluído. Quando molhada, a bentonite incha, ou hidrata-se, absorvendo películas de ãgua que são mais espessas que as formadas noutras argilas. A ãgua absorvida pela bentonite é retida mesmo quando submetida a pressões elevadas. A bentonite possuí a capacidade de inchar, ou de aumentar de volume, atê dez a quinze vezes o seu volume seco, e pode absorver ãgua, até quase cinco vezes o seu peso seco, mantendo, no entanto, a sua impermeabilidade .

Uma característica muito importante da bentonite é a de que ela incha quando não confinada, mas não exercerá uma pressão significativa quando confinada, contra novo aumento de volume.

Diversas referências referem que a argila com capacidade de aumentar de volume ê geralmente adequada para formar camadas impermeáveis ã ãgua numa estrutura de solo. Além disso, vãrias patentes atribuídas a Arthur G. Ciem, i.i., patente U.S. 4,048.373; 4,103,499; 4,139,588; 4,467,015 sugerem que ê absolutamente necessária uma combinação de aditivos para o desempenho eficaz de uma

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Ciem Case 102 CIP - Portugal camada de bentonite num ambiente de ãgua do mar. A combinação que se julga essencial incluí um dispersante solúvel em ãgua e um polímero solúvel em ãgua. Refere-se que um dispersante exemplar ê um sal de ãcido fosfórico. Os dispersantes alternativos sugeridos nas patentes de Ciem incluem sais de metais alcalino-terrosos.

Um exemplo do outro elemento essencial mencionado nas patentes de Ciem é o ãcido poliacrílico. Não existe uma explicação clara da teoria subjacente ã selecção destes componentes essenciais da mistura.

Crê-se que os efeitos contaminantes da ãgua do mar e de outras soluções, tais como esgotos lexiviados e lama de pasta de papel, sobre a capacidade de aumentar de volume de uma camada de bentonite, se deve ã presença de iões carregados positivamente, tais como iões cálcio, que possuem cargas duplas. Conhece-se que a bentonite forma uma estrutura cristalina de camada múltipla, na presença de água, e que, na presença de ãgua pura, a sua capacidade de aumentar de volume é máxima. Na bentonite de sõdio as moléculas de sõdio estão sujeitas a ataque ou a substituição (por permuta iónica) por catiões bivalentes. Crê-se que a remoção resultante do sõdio da estrutura da bentonite de sõdio provoca uma redução da capacidade da camada de bentonite para actuar como camada impermeável. Assim, na presença de ãgua do mar ou de outras soluções que possam conter diversas concentrações de contaminantes catiõnicos, a capacidade da bentonite para actuar eficazmente é inibida.

Verificou-se que, aumentando significativamente a proporção de iões univalentes, tais como iões sõdio, para o número de catiões nefastos, tais como os iões cálcio, a capacidade da bentonite para inchar na presença de ãgua pode ser melhorada. Crê-se que excedendo largamente, em número, os catiões bivalentes nefastos, com catiões sódio univalentes, se reduzem as hipóteses de substituição dos catiões univalentes por catiões bivalentes. Este facto pode resultar da simples distribuição ou pode ser aumentado pela repulsão de partículas possuindo cargas semelhantes. Rodeando a estrutura de bentonite por iões sódio amigáveis, a integridade da estrutura é protegida. Crê-se que os mesmos catiões bivalentes

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Ciem Case 102 CIP - Portugal nefastos ou semelhantes que conferem a ãgua do mar o seu potencial contaminante, se encontram presentes em soluções tais como soluções de pasta de papel, lamas e esgotos industriais de diversos tipos, particularmente, os que contêm catiões bivalentes de zinco, cádmio, níquel ou de outros metais.

Contrariamente ãs doutrinas de Ciem, que anteriormente se descrevem, verificou-se que a presença de um polímero solúvel em ãgua não ê essencial ã formação de uma mistura que resista aos efeitos nefastos da ãgua do mar.

A Patente U.S. 4^501,788 (patente '788) do requerente do presente invento, descreve uma forma particularmente útil, sob a qual se pode usar a mistura do presente invento. A patente '788 descreve uma folha flexível compreendendo um suporte revestido com bentonite com capacidade de aumentar de volume. O suporte é uma camada de tecido flexível poroso. Essas folhas são utilizadas para revestir tanques, lagoas, aterros, depósitos de ãgua e locais para depósito de resíduos perigosos. Usando uma folha de bentonite com capacidade de inchar forma-se uma camada impermeável impedindo que os produtos nocivos contaminem os sistemas de ãgua subterrânea adjacentes.

Um objecto importante do presente invento é o de proporcionar uma barreira económica e eficaz contra o fluxo de soluções através de uma estrutura ou fundação no solo.

Da mesma forma, um outro objecto do presente invento é o de proporcionar uma mistura constituída pelo número mínimo de componentes necessários para conferir resistência ã camada de argila contra a degradação provocada pela ãgua do mar e por outras soluções contendo catiões.

Ainda outro objecto do presente a resistência ã contaminação da argila de la adição de catiões univalentes os quais os efeitos contaminantes da água do mar e tendo catiões.

invento é o de aumentar bentonite de sódio, petenderão a neutralizar de outras soluções con70 531

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Estes e outros objectos do presente invento tornar-se-ão evidentes a partir da descrição detalhada de uma concretização do invento, que a seguir se apresenta.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO

Uma mistura eficaz, de acordo com o presente invento, consiste em bentonite desidratada, em pó, modificada pela adição de polifosfato de trissõdio, sendo o aditivo combinado com bentonite numa proporção de cerca de 4,5 Kg de aditivo para 907 Kg de bentonite. Preferivelmente, os componentes são muito bem misturados, num processo descontínuo ou contínuo, e, subsequentemente, recebem a forma de uma folha flexível com a mistura sendo colocada em sanduíche entre dois tecidos, dos quais pelo menos um é permeável a fluidos.

A espessura preferida para a combinação total é aproximadamente de 0,63 cm, originando uma folha possuindo aproximada2 mente 4,9 Kg/m . Recomenda-se que o peso de polifosfato de trissõdio não exceda cerca de 27 Kg por 907 Kg (ou 3%) de bentonite e que o peso de polifosfato de trissõdio seja pelo menos 0,45 Kg por 907 Kg (ou 0,05%) de bentonite. Esta gama de proporções foi seleccionada para resistir aos efeitos contaminantes de soluções contendo quantidades significativas de catiões bivalentes.

PREPARAÇÃO DA MISTURA

O polifosfato de trissõdio e a bentonite são misturados e configurados numa folha pelo processo seguinte. A bentonite obtida por extracção mineira é transformada em põ ou em pelotas e totalmente desidratada. Uma grande quantidade de bentonite em pó, ou pelotas, desidratada é colocada numa tremonha, juntamente com uma quantidade requerida de polifosfato de trissõdio e os componentes são muito bem misturados, preferivelmente, com ambos os com ponentes em estado seco. Uma camada fina da mistura resultante é colocada sobre um primeiro geotêxtil ou suporte. O suporte ê, preferivelmente, uma folha permeável de polipropileno, poliéster, juΊΟ 531

Ciem Case 102 CIP - Portugal ta ou nilão. O veículo pode ser entrançado ou perfurado, de forma a tornã-lo permeável a líquidos e a gases. É preferivel um material entrançado, de forma a proporcionar-se uma maior área superficial â qual pode aderir a mistura de bentonite modificada.

No entanto, em certos casos, pode ser adequado um suporte impermeável.

Após se depositar a bentonite modificada no material de suporte, coloca-se uma camada de cobertura sobre a camada de bentonite. A camada de cobertura é preferivelmente um material têxtil ou semelhante a têxtil, de baixo peso e é, preferivelmente, altamente permeável a fluidos. A finalidade da camada de cobertura é a de separar as camadas de bentonite em condições de enrolamento da folha e auxiliar a manutenção da folha numa condição unitária ou de compósito durante o manuseamento e colocação da folha. Os meios para manter a integridade interna da massa de argila da folha incluem um adesivo ou um ligante, que pode ser um material fibroso contendo uma quantidade substancial de celulose, e a cosedura ou a compressão da argila para assegurar a sua retenção pelo suporte. Um adesivo solúvel em ãgua que se verificou ser eficaz é a carboximetil celulose. É importante que o adesivo ou ligante seja facilmente dissolvido, de forma a que a bentonite possa ser totalmente exposta a soluções que sejam postas em contacto com a folha. Quando se pretender fazer a contenção de soluções não constituídas principalmente por água, podem-se utilizar outros adesivos ou ligantes, mas estes deverão ser escolhidos de forma a que sejam solúveis no fluido a ser contido pela camada de bentonite.

A resistência do transportador deve ser tal que, quando enrolado com a camada de bentonite modificada, possa suportar o transporte para áreas remotas por diversos meios de transporte, tais como empilhadores de garfos, guindastes, camiões, barcos, etc e assim possa suportar o manuseamento rude por trabalhadores da construção e pessoal de entrega.

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TESTES DE PERMEABILIDADE

Efectuaram-se testes comparativos de permeabilidade para verificar a eficácia da mistura do presente invento. Hidrataram -se amostras de folhas contendo argila de bentonite de sõdio, uma tratada de acordo com o presente invento e outra sem tratamento, num permeâmetro triaxial de parede flexível. O permeante utilizado foi água salgada. Os testes demonstraram que a argila de bentonite de sõdio e tratada com um aditivo de acordo com o invento, possuía uma conductividade ou permeabilidade hidráulica de 2 x 10 centímetros por segundo (cm/seg), enquanto a amostra não tratada do mesmo tipo de argila possuía uma permeabilidade de 3 x 10 θ cm/seg. O aditivo tem portanto o efeito de melhorar a permeabilidade da argila reduzindo a permeabilidade de um factor de 1,5 x 10 (15 000) .

Efectuaram-se testes adicionais em argila tratada usando permeantes de esgotos lexiviados e lama de pasta de papel. A tabela seguinte sumariza os resultados dos testes:

PERMEANTE	Agua do mar	ESGOTO LEXIVIADO	LAMA DE PASTA DE PAPEL
MATERIAL	ARGILA SEM ADITIVO	ARGILA CCM ADITIVO	ARGILA CCM ADITIVO	ARGILA COM ADITIVO
PERMEABI- LIDADE cm/seg	3 x IO^-6	2 x 10“¹⁽	8 x 10^-10	□ in^-10 2 x 10

Deverá notar-se que todos cs testes foram efectuados usan do um permeâmetro triaxial fechado de forma a evitar a evaporação do permeante. Colocou-se areia adjacente a uma camada de argila de modo a suportar a camada de argila sem afectar a medição da permea bilidade. Em cada teste, a espessura da camada de argila foi de

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- 8 aproximadamente 0,5 cm. Os testes foram efectuados até a permeabilidade dos espécimes estabilizados. Em todos os casos, as amostras foram previamente saturadas com o permeante usado em cada um dos testes respectivos.

Como anteriormente se discutiu, ê o elevado número de catiões sõdio univalentes que resulta da solução de aditivo, que protege a estrutura da bentonite de sõdio, hidratada. Ά polaridade e concentração do excesso de catiões sõdio impede a infiltração de catiões bivalentes, que doutra forma, tenderiam a quebrar a estrutura cristalina da bentonite hidratada. Encharcando a mistura de argila com grandes quantidades de catiões sõdio em excesso, impedem-se os efeitos nocivos dos catiões bivalentes.

Apesar de o aditivo usado nas amostras testadas ter sido o polifosfato de trissõdio, as fontes de catiões univalentes, que podem ser usadas de acordo com o presente invento, incluem qualquer composto da família dos sais de sõdio de ãcidos polifosfõricos, por exemplo, fosfatos de sõdio molecularmente desidratados, tais como, tripolifosfato de sõdio, pirofosfato de tetrassõdio, hidrogenopirofosfato de sõdio, hexametafosfato de sõdio e semelhantes, mas não estão a eles limitados,os quais podem ser adicionados ã bentonite nas mesmas quantidades do que o polifosfato de trissõdio. Estes produtos são preparados por reacção de ãcido fosfórico com uma base tal como carbonato de sõdio ou hidróxido de sõdio, aplicando calor para remover a ãgua até o sal fundir e arre fecendo de seguida rapidamente até se obter um vidro. A composição do sal fundido pode ser controlada pela quantidade de base usada para a reacção com o ácido fosfórico.

Deverá entender-se que o âmbito do invento não fica limi tado pelo exemplo específico ilustrado, mas antes pelo âmbito das reivindicações anexas, interpretadas ã luz da arte anterior pertinente .

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Processo de preparação de uma folha flexível para uso na limitação do fluxo de soluções contendo catiões divalentes, caracterizado por compreender:

a aplicação de uma camada de argila com capacidade de aumentar de volume (inchar), sobre um geotêxtil permeável à água num dos lados da referida camada e a aplicação de uma cobertura no lado da referida camada oposta ao geotêxtil tendo a referida camada sido misturada com meios para resistir ã inutilização da referida camada pelos referidos catiões e para resistir ao consequente aumento de conductividade hidráulica, os quais compreendem um aditivo numa quantidade suficiente para formar em solução um numero significativo de catiões univalentes, de tal forma que esses catiões univalentes ultrapassem largamente em numero os referidos catiões.
2 - Processo de preparação de uma folha flexível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida argila com capacidade de inchar ser bentonite de sódio.
3 - Processo de preparação de uma folha flexível de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os referidos catiões univalentes serem catiões sódio.
4 - Processo de preparação de uma folha flexivel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido geotêxtil ser um material seleccionado entre polipropileno, poliéster, juta e nilão.
5 - Processo de preparação de uma folha flexível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida cobertura ser um poliéster entrançado.
6 - Processo de preparação de uma folha flexível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos meios

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Ciem Case 102 CIP - Portugal serem um aditivo seleccionado entre a família dos sais de sódio do ãcido polifosfórico.
7 - Processo de preparação de uma mistura de argila, para uso na limitação do fluxo de água, caracterizado por:

uma bentonite substancialmente não hidratada, ser misturada com um aditivo o qual origina catiões univalentes quando em solução em ãgua, estando a proporção entre o peso do referido aditivo e o peso da referida bentonite entre 0,05% e 3%.
8 - Processo de preparação de uma mistura de argila de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a proporção entre o referido aditivo e a referida bentonite ser cerca de 1:200.
9 - Processo de preparação de uma mistura de argila de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o referido aditivo ser o polifosfato de trissódio.
10 - Processo de preparação de uma mistura de argila de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por os referidos catiões univalentes serem catiões sódio.
11 - Processo de preparação de uma mistura de argila de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o referido aditivo ser seleccionado entre a família dos sais de sódio dos ácidos polifosfõricos.
12 - Processo de preparação de uma mistura de argila, para uso na limitação do fluxo da ãgua do mar, caracterizado por uma:

bentonite substancialmente não hidratada ser misturada com meios de ligação para reter a referida bentonite num material veículo, e com um aditivo o qual origina catiões univalentes quando em solução em ãgua.

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13 - Processo de preparação de uma mistura de argila e acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o referido ligante compreender carboximetilcelulose.
14 - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o referido aditivo e a referida bentonite serem misturados numa proporção de cerca de 1 parte de aditivo para 200 partes de bentonite.
15 - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o referido aditivo ser seleccionado entre a família dos sais de sódio do ácido polifosfõrico.
16 - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o referido aditivo ser seleccionado entre pirofosfato de tetrassõdio, pirofosfato ãcido de sódio, hexametafosfato de sódio e polifosfato de trissódio.
17 - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o referido aditivo ser o polifosfato de trissódio.