專利名稱：合成礦物微粒和助留劑和水處理系統(tǒng)以及使用該微粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成礦物微粒，特別是金屬微粒。本發(fā)明還涉及該合成礦物微粒的生產(chǎn)，特別涉及通過將金屬鹽與具有前體化合物的物料混合從而沉淀生產(chǎn)該微粒。
本發(fā)明還涉及該合成礦物微粒在水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用以及在造紙系統(tǒng)的助留劑體系中使用這類合成礦物微粒的方法。
傳統(tǒng)的造紙系統(tǒng)包括將含有木質(zhì)纖維、細(xì)屑和其它成分的稱為“紙配料”的水基紙漿送到造紙機(jī)的移動絲網(wǎng)上，以促進(jìn)形成紙模，然后將該紙模脫水、干燥并壓制成最終的紙張產(chǎn)品。在這種方法中需要有一種有效的方法將過量的水脫出，以形成非均質(zhì)的紙模，而不致也將所需要的纖維、細(xì)屑和其它固體不必要地除去。殘留的非所需的水會增加下游過程例如干燥器工段中濕紙的負(fù)擔(dān)。然而，將所需要的固體除去會危及成品紙張的合格性。此外，脫水的作用會對紙張的形成產(chǎn)生不良的影響。
已開發(fā)了助留劑體系，以便增加所需纖維、細(xì)屑和固體的留存，改善紙張的形成，并使造紙機(jī)的紙張形成工段中的紙模更好地脫水。這類體系部分地有利于造紙廠家能在較高的機(jī)器速度下生產(chǎn)出更好的紙張，同時(shí)，還可以使造紙機(jī)更干凈利落地運(yùn)行。在助留劑體系中采用的是天然的和合成的微粒體系。某些助留劑體系包括膠體氫氧化鋁、膠體硅酸鎂、膨潤土、膠體二氧化硅以及有機(jī)聚合物基的體系。
根據(jù)成本、質(zhì)量、用戶的要求以及其他的考慮，造紙廠家可能采取一些不同的使用助留劑的對策。一種典型的對策是將膠凝劑添加到紙配料的稀薄紙料前體中。這種膠凝劑可起附聚或絮凝纖維、細(xì)屑和固體的作用。典型的膠凝劑是淀粉和／或某些聚合物。然而，這類系統(tǒng)常常接著在篩分設(shè)備中使附聚后的物料受到剪切力，以便按預(yù)期目的產(chǎn)生更小的附聚物使紙張形成得更好。可以在將配料通過造紙機(jī)的料箱開始在造紙機(jī)的絲網(wǎng)上形成紙模之前，將有助于留存纖維、細(xì)屑和其它所需固體的助留劑添加到該系統(tǒng)中。這種助留劑會引起不同于先前附聚的第二次附聚。
由于在造紙過程中有許多變化因素，因而這類助留劑的效果在程度上有所不同。一種對策是在遙控的生產(chǎn)設(shè)備中配制具有各組分的相對百分?jǐn)?shù)不同的各種助留劑。助留劑組合物中的這些不同百分?jǐn)?shù)是用以適應(yīng)整個(gè)體系性能所需的配料的要求。這種對策通常表現(xiàn)出工藝上的和偶然的而不是工程控制的效果。在造紙過程中所需要的是更好的脫水助劑和助留劑以及使用這類助劑的方法。
此外，附聚的顆粒體系在水處理時(shí)往往可用來從水中捕集、或除去非所需的顆粒和油或其它油珠。雖然許多現(xiàn)有的水處理體系是基于附聚的原理，然而仍然需要新的和有效的附聚劑。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供合成礦物微粒，特別是金屬微粒，這些微粒對造紙工藝而言都是新型的，且與目前的助留劑和脫水助劑相比可提供等同的或增強(qiáng)了的性能。另一個(gè)目的是提供一種生產(chǎn)這類合成礦物微粒的方法。
再一個(gè)目的是通過提供這類顆粒作為脫水助劑和助留劑在造紙生產(chǎn)系統(tǒng)的新方法中使用合成礦物微粒。本發(fā)明的另一方面旨在提供一種用于水處理的附聚體系。
國際出版物WO92／20862公開了一種通過在造紙配料中分別添加陽離子聚合物和無定形金屬硅酸鹽并在添加之間充分混合以改進(jìn)紙和紙產(chǎn)品生產(chǎn)的方法。這些組分的添加順序并不是關(guān)鍵的，然而優(yōu)選的添加順序是在最后高剪切點(diǎn)(the last high shear point)之前添加。其后，在將所生成的混合物供入造紙機(jī)的料箱之前添加無定形金屬硅酸鹽，而不致使該混合物再受到任何顯著剪切。根據(jù)本發(fā)明的方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品均可用于從紙漿生產(chǎn)紙張時(shí)增加留存、脫水和形成。
美國專利3，784，442公開了硅酸鈉和硫酸鋁在水介質(zhì)中的反應(yīng)。隨后，將所生成的沉淀過濾、洗滌和干燥。根據(jù)本發(fā)明的方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品可用作顏料和水分調(diào)節(jié)劑且特別可以用作橡膠的增強(qiáng)材料和用作造紙中的填料。
美國專利4，213，874公開了用于生產(chǎn)具有提高了離子交換性能的細(xì)碎、無定形、沉淀的堿金屬鋁硅酸鹽方法。本發(fā)明的產(chǎn)品具有與已知的結(jié)晶沸石堿交換劑或吸附劑等同的堿或離子交換容量且可用作水的軟化和洗滌添加劑。
本發(fā)明提供了一種合成的金屬微粒組合物，該組合物包括將可溶性金屬鹽和一種或多種具有選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽的組分的化合物混合而沉淀的產(chǎn)品。適用的金屬鹽選自周期表第2族中的金屬(特別是鈹、鎂、鈣、鍶和鋇)；第3-12族的普通過渡金屬(包括鑭系元素和錒系元素)；和第13-17族的各種金屬(特別是鋁、鋅、鎵、鎘、鍺、銦、汞、錫、鉈、銻、鉛、鉍和釙)的鹽。在一個(gè)特別的實(shí)施方案中，該硅酸鹽可以是硅酸鹽或鋁硅酸鹽、鋁磷硅酸鹽或鋁硼硅酸鹽。
在另一方面中，本發(fā)明通過偏硅酸鹽與金屬鹽的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了這種硅酸鹽的生產(chǎn)。
本發(fā)明也是一種在紙模形成中控制脫水和留存的方法，該方法包括以下步驟將可溶性金屬鹽與一種或多種選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽的組分混合以形成反應(yīng)產(chǎn)物；將該反應(yīng)產(chǎn)物與紙配料混合以產(chǎn)生改進(jìn)了的紙配料；留存和脫除造紙機(jī)絲網(wǎng)上改進(jìn)了的紙配料中的一部分水以形成紙模；測定上述留存和脫水的量；然后根據(jù)該測定的留存和脫水量調(diào)節(jié)可溶性金屬鹽和／或選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽組分的量以使留存和／或脫水的量按所需要求改變。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是一種組合物，該組合物包括將可溶性金屬鹽與一種或多種具有選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽的組分(即部分)的化合物混合而沉淀的產(chǎn)品。優(yōu)選的可溶性金屬鹽選自(1)鈹、鎂、鈣、鍶和鋇；(2)第一過渡系列的鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳和銅；(3)第二過渡系列的釔、鋯、鈮、鉬、锝、釕、銠、鈀和銀；(4)鑭系元素，包括鑭、鈰、鐠、釹、鉅、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、餌、銩、鐿和镥；(5)第三過渡系列的鉿、鉭、鎢、錸、餓、銥、鉑和金；(6)錒系元素，錒、釷、鈾、镎、钚、镅、鋦、醅、锎、锿、鐨、鍆、锘和鐒；以及(7)鋁、鋅、鎵、鎘、鍺、銦、汞、錫、鉈、銻、鉛、鉍和釙元素。
優(yōu)選的產(chǎn)品以選自下列的經(jīng)驗(yàn)式表示M(Ⅰ)wAlxSiyPxO(0．5w+1．5x+2y+2．5z)； M(Ⅰ)wAlxSiyBxO(0．5w+1．5x+2y+1．5z)；M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xSizO(0．5w+x+2z)； M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xAlySizO(0．5w+x+1．5y+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xSiyPzO(0．5w+x+2y+2．5z)； M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xSiyBzO(0．5w+x+2y+1．5z)；M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xSizO(0．5w+0．5ax+2z)； M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xAlySizO(0．5w+0．5x+1．5y+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xSiyPzO(0．5w+0．5ax+2y+2．5z)； M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xSiyBzO(0．5w+0．5ax+2y+1．5z)；M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xSizO(0．5w+1．5x+2z)； M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xAlySizO(0．5w+1．5x+1．5y+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xSiyPzO(0．5w+1．5x+2y+2．5z)； 和M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xSiyBzO(0．5w+1．5x+2y+1．5z)；式中M(Ⅰ)是氫、鋰、鈉或鉀；Al是鉛；Si是硅；P是磷；O是氧；B是硼；M(Ⅱ)是鎂、鈣、鍶或鋇；M(Ⅲ)是第一、第二或第三系列的過渡金屬或錒系元素；M(Ⅳ)是鑭系元素的金屬；a是M(Ⅲ)金屬的化合價(jià)的值；w是平衡由x、y和z的值而形成的電子電荷的值；x、y和z各自獨(dú)立為約0．1至約10．0的值。
優(yōu)選該可溶性金屬鹽是具有選自鎂、鐵、銅、鋅、鋯、鐿、鑭和鈰；更優(yōu)選自銅、鐵、鋅、鋯和鋁；最優(yōu)選自鐵、鋅、鋯和鋁的金屬部分的鹽。這些金屬鹽優(yōu)選自MgCl2、FeCl3、CuCl2、ZnCl2、ZnSO4、Fe2(SO4)3、ZrOCl2、YCl3、LaCl3和(NH4)2Ce(SO4)3。
適用的硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽可以是任一種且可以是以經(jīng)驗(yàn)式的通用部分SiOx、POx和BOx表示的鹽，式中x是可以提供的已知化合物或本領(lǐng)域可生產(chǎn)的化合物的值的范圍。這些硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽部分可以是具有各種特性例如可溶于或不溶于液體的化合物的一部分。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，該硅酸鹽是鋁硅酸鹽、鋁磷硅酸鹽或鋁硼硅酸鹽。該硅酸鹽可以是水合的形式，然而該水合程度是不太重要的，在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中該硅酸鹽通過偏硅酸鹽的反應(yīng)制備，該偏硅酸鹽是一種具有SiO3-2部分的硅酸鹽、更優(yōu)選偏硅酸鈉，例如通過砂與氫氧化鈉和碳酸鈉反應(yīng)制備的。也可以采用原硅酸鹽。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案是在紙模形成時(shí)控制脫水和留存的方法，該方法包括以下步驟(1)將第一分量的可溶性金屬鹽與第二分量的一種或多種選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽的組分混合以形成反應(yīng)產(chǎn)物；(2)將該反應(yīng)產(chǎn)物、聚合物和紙配料混合以產(chǎn)生改進(jìn)了的紙配料；(3)留存和／或脫除造紙機(jī)絲網(wǎng)上改進(jìn)了的紙配料中的一部分水以形成紙模；(4)當(dāng)紙模形成時(shí)，測定改進(jìn)了的紙配料中留存的纖維、細(xì)屑和其它所需固體的量和／或從其中脫除的水量；和，(5)根據(jù)上述留存和／或脫水量的測定值，調(diào)節(jié)第一分量的可溶性金屬鹽和／或第二分量的一種或多種選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽組分的量，以使留存和／或脫水的量按所需要求改變。
優(yōu)選與步驟(2)中的紙配料或聚合物接觸之前，但不是必須如此，將該金屬鹽與選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽的組分反應(yīng)以生成步驟(1)的反應(yīng)產(chǎn)物。例如，可將該金屬鹽和硅酸鹽、磷酸鹽和／或硼酸鹽組分或其反應(yīng)產(chǎn)物同時(shí)與該紙配料和／或聚合物混合。該金屬鹽；硅酸鹽、磷酸鹽和／或硼酸鹽組分；反應(yīng)產(chǎn)物；紙配料；和聚合物的這種混合可以按各種順序在造紙機(jī)的幾個(gè)添加點(diǎn)之一或在進(jìn)入造紙機(jī)的工藝管線中進(jìn)行以產(chǎn)生改進(jìn)了的紙配料。例如，紙配料或聚合物與反應(yīng)產(chǎn)物的混合可以在添加其中的另一種之前完成。本發(fā)明還包括將造紙機(jī)的一部分產(chǎn)品再循環(huán)到工藝過程中的任選步驟。這種再循環(huán)的物料可以是上述各步驟中的一種組分的來源。在一個(gè)實(shí)施方案中，各步驟或其一部分的順序改變的另一實(shí)例是，將步驟(2)中的聚合物和紙配料在步驟(1)的反應(yīng)產(chǎn)物添加之前預(yù)先混合在一起。在另一個(gè)實(shí)施方案中，將步驟(1)的反應(yīng)產(chǎn)物和步驟(2)紙配料在該聚合物添加之前預(yù)先混合。在另一個(gè)實(shí)施方案中，將反應(yīng)產(chǎn)物、聚合物和紙配料所有三種組分同時(shí)混合?？梢圆捎闷渌旌虾吞砑硬课坏淖兓援a(chǎn)生改進(jìn)了的步驟(2)的紙配料。
適用于步驟(2)的聚合物是那些通常用于造紙系統(tǒng)且可起絮凝助劑作用的聚合物。優(yōu)選該聚合物是合成的有機(jī)聚合物，例如聚電解質(zhì)(陰離子、陽離子或兩性的)或非離子型的聚合物且含有一種或多種結(jié)構(gòu)的重復(fù)單元。例如，均聚物、共聚物或三聚物，但不僅限于三種不同的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元。聚合物中可以發(fā)生變化，因此聚合物分子的分布可以存在于該“聚合物”中。該聚合物起初可以呈各種形式供給，例如粉末、顆粒、水溶液、凝膠和乳液。在非離子型聚合物中優(yōu)選的是聚(丙烯酰胺)和聚(環(huán)氧乙烷)。在陰離子型聚合物中優(yōu)選的是含羧基的聚合物和含磺酸基的聚合物。在陽離子型聚合物中優(yōu)選的是二烷基氨基烷基丙烯酸和甲基丙烯酸酯的聚合物、N-(二烷基氨基烷基)丙烯酰胺聚合物、氨基甲酰聚合物、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)聚合物、聚(羥亞烷基多胺)聚合物、聚(乙烯亞胺)聚合物以及氨基氰衍生物的聚合物。優(yōu)選的是那些包括上述陽離子、陰離子和離子部分的共聚物且可具有兩性特性的聚兩性電解質(zhì)。在另一種優(yōu)選的方法中，在與紙配料混合之前，將步驟(1)的反應(yīng)產(chǎn)物研磨或分散到所需的尺寸。
優(yōu)選的材料與上文中所列的那些相同。該方法可用于酸或堿法造紙過程。在一種典型的造紙方法中，上列經(jīng)驗(yàn)式中的x、y和z值的范圍約為0．1至約10．0，x∶y∶z之比根據(jù)用戶的要求確定或針對特定的操作條件任選且可隨過程條件的變化而改變。
在含有淀粉的造紙?bào)w系中，優(yōu)選硅酸金屬鈉。在以淀粉作為添加劑的白色紙張?bào)w系中，硅酸鋅鈉是更優(yōu)選的微粒。在以淀粉作為添加劑的褐色紙張?bào)w系中，硅酸鐵鈉是更優(yōu)選的微粒。
任選的實(shí)施方案包括一些步驟，其中上述步驟(4)中所需的其它固體包括填料例如碳酸鈣；再循環(huán)的物料例如造紙機(jī)的廢紙；和／或顏料。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種包括以下步驟的水處理方法(1)將第一分量的可溶性金屬鹽與第二分量的一種或多種選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽的組分混合以形成反應(yīng)產(chǎn)物；和(2)將該反應(yīng)產(chǎn)物與包含聚合物的水混合以產(chǎn)生包含絮凝物的水。
可以進(jìn)行以下任選的步驟(3)使該水中的絮凝物沉降以產(chǎn)生澄清的水；和／或(4)將包含絮凝物的水過濾以有效地除去絮凝物。
所形成的絮凝物通過對希望除去的有害物質(zhì)例如固體或油或懸浮物進(jìn)行靜電結(jié)合或通過物理夾帶可用來處理水。然后通過沉降或過濾將這些絮凝物除去。這些步驟可按任一種順序的組合依次進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行。例如，在一種情況下，例如造紙廠的工藝廢水在排放到環(huán)境之前，先進(jìn)行處理以除去其中的懸浮纖維或其他的固體。在澄清作業(yè)中，可添加一些組分引起夾帶懸浮纖維或固體的絮凝物生成，雖然這個(gè)實(shí)例涉及造紙廠的工藝廢水，本發(fā)明還可以用于除去進(jìn)廠水中天然存在的固體或用于處理任一種需要澄清的水流。
以下實(shí)施例僅用于說明，對本發(fā)明的范圍和定義絕無限制。
實(shí)施例1-硅酸鎂將75克0．1摩爾的偏硅酸鈉(Na2SiO3·5H2O)水溶液添加到裝有磁性攪拌棒的200毫升燒杯中。然后，將75克0．1摩爾的MgCl2水溶液迅速添加到攪拌著的偏硅酸鹽溶液中。這些反應(yīng)劑均處于室溫下。將該混合物攪拌1分鐘后終止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果生成含有硅酸鎂微粒的渾濁、白色漿體。
實(shí)施例2-硅酸鋅將50克0．1摩爾的偏硅酸鈉(Na2SiO3·5H2O)水溶液添加到裝有磁性攪拌棒的200毫升燒杯中。然后，將50．0克0．1摩爾的ZnCl2水溶液迅速添加到攪拌著的偏硅酸鹽溶液中。這些反應(yīng)劑均處于室溫下。將該混合物攪拌1分鐘后終止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果生成含有硅酸鋅微粒的渾濁、白色漿體。采用X-射線熒光對所生成的沉淀進(jìn)行的化學(xué)分析顯示出主要的產(chǎn)品是Zn1．0Si1．0O3．0。
實(shí)施例3-硅酸鐵將100克0．1摩爾的偏硅酸鈉(Na2SiO3·5H2O)水溶液添加到裝有磁性攪拌棒的200毫升燒杯中。然后，將60克0．1摩爾的FeCl3·6H2O水溶液迅速添加到攪拌著的偏硅酸鹽溶液中。這些反應(yīng)劑均處于室溫下。將該混合物攪拌1分鐘后終止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果生成含有硅酸鐵微粒的渾濁、褐色漿體。采用X-射線熒光對所生成的沉淀進(jìn)行的化學(xué)分析顯示出主要的產(chǎn)品是Na0．2Fe0．6Si1．0O3．0。
實(shí)施例4-硅酸銅將100克0．1摩爾的偏硅酸鈉(Na2SiO3·5H2O)水溶液添加到裝有磁性攪拌棒的200毫升燒杯中。然后，將70克0．1摩爾的CuCl2·2H2O水溶液迅速添加到攪拌著的偏硅酸鹽溶液中。這些反應(yīng)劑均處于室溫下。將該混合物攪拌1分鐘后終止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果生成含有硅酸銅微粒的渾濁、藍(lán)色漿體。采用X-射線熒光對所生成的沉淀進(jìn)行的化學(xué)分析顯示出主要的產(chǎn)品是Cu1．15Si1．0O3．15。
實(shí)施例5-硅酸鋯將100克0．1摩爾的偏硅酸鈉(Na2SiO3·5H2O)水溶液添加到裝有磁性攪拌棒的200毫升燒杯中。然后，將60克0．1摩爾的ZrOCl2·8H2O溶液迅速添加到攪拌著的偏硅酸鹽溶液中。這些反應(yīng)劑均處于室溫下。將該混合物攪拌1分鐘后終止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果生成含有硅酸鋯微粒的渾濁、白色漿體。采用X-射線熒光對所生成的沉淀進(jìn)行的化學(xué)分析顯示出主要的產(chǎn)品是Na0．4Zr0．63Si1．0O3．5。
實(shí)施例6-硅酸鑭將100克0．1摩爾的偏硅酸鈉(Na2SiO3·5H2O)水溶液添加到裝有磁性攪拌棒的200毫升燒杯中。然后，將50克0．1摩爾的LaCl3·7H2O水溶液迅速添加到攪拌著的偏硅酸鹽溶液中。這些反應(yīng)劑均處于室溫下。將該混合物攪拌1分鐘后終止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果生成含有硅酸鑭微粒的渾濁、白色漿體。采用X-射線熒光對所生成的沉淀進(jìn)行的化學(xué)分析顯示出主要的產(chǎn)品是La0．62Si1．0O2．92。
實(shí)施例7-硅酸釔將100克0．1摩爾的偏硅酸鈉(Na2SiO3·5H2O)水溶液添加到裝有磁性攪拌棒的200毫升燒杯中。然后，將50克0．1摩爾的YCl3·6H2O水溶液迅速添加到攪拌著的偏硅酸鹽溶液中。這些反應(yīng)劑均處于室溫下。將該混合物攪拌1分鐘后終止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果生成含有硅酸釔微粒的渾濁、白色漿體。采用X-射線熒光對所生成的沉淀進(jìn)行的化學(xué)分析顯示出主要的產(chǎn)品是Y0．62Si1．0O2．93。
實(shí)施例8-硅酸銅將50克0．1摩爾的CuCl2·2H2O水溶液添加到裝有磁性攪拌器的200毫升燒杯中。在攪拌上述溶液的同時(shí)添加20克0．1摩爾的Al2(SO4)3水溶液。攪拌1分鐘后，迅速添加100克0．1摩爾的Na2SiO3·5H2O水溶液。將該漿體再攪拌1分鐘后終止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果生成含有沉淀的硅酸鋁銅微粒的渾濁、藍(lán)色漿體。采用X-射線熒光的化學(xué)分析顯示出主要的產(chǎn)品是Cu0．46Al0．40Si1．0O3．1。
實(shí)施例9-硅酸鋁鋅將65克0．1摩爾的ZnCl2水溶液添加到裝有磁性攪拌棒的200毫升燒杯中。在攪拌上述溶液的同時(shí)添加20克0．1摩爾的Al2(SO4)3。攪拌1分鐘后，迅速添加100克0．1摩爾的Na2SiO3·5H2O水溶液。將該漿體再攪拌1分鐘后終止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果生成含有沉淀的硅酸鋁鋅微粒產(chǎn)物的渾濁、白色漿體。采用X-射線熒光的化學(xué)分析顯示出主要的產(chǎn)品是Zn0．42Al0．42Si1．0O3．0。
實(shí)施例10-助留劑采用下文中敘述的標(biāo)準(zhǔn)Britt Jar方法對實(shí)施例2-9的作為微粒助留劑的產(chǎn)品進(jìn)行評價(jià)。采用市場上可以買到的微粒助留劑(Allied Colloids’HydrocolO膨潤土和PSM-ParticolB，硅微粒凝膠)作為對照。采用的紙配料是60％硬木牛皮紙和40％軟木牛皮紙的混合物且充填了30％的沉淀碳酸鈣?？偱淞瞎腆w為0．5％(重量)稠度。該配料的實(shí)測pH為8．5。將聚合物絮凝劑、Allied Colloids’Percol175聚丙烯酰胺(中等分子量、陽離子型的聚丙烯酰胺)添加到該配料中并將攪拌速率升高到2000rpm。30秒鐘后，將攪拌速率降低到750rpm。10秒鐘后添加微粒助留劑。10秒鐘后，排出該瓶中的水并收集最初的100毫升，然后采用標(biāo)準(zhǔn)EDTA滴定法對碳酸鈣留存進(jìn)行分析。表1列出了各種微粒與填料留存有關(guān)的性能。
表1微粒 填料留存％僅有聚合物16硅酸鋅(實(shí)施例2) 75硅酸鐵(實(shí)施例3) 64硅酸銅(實(shí)施例4) 63硅酸鋯(實(shí)施例5) 67硅酸鑭(實(shí)施例6) 52硅酸釔(實(shí)施例7) 63硅酸鋁銅(實(shí)施例8) 67硅酸鋁鋅(實(shí)施例9) 71HydrocolO膨潤土 69PSM-ParticolB．硅微粒凝膠(2#Ton)55
每次試驗(yàn)所用的聚合物絮凝劑均以1磅／噸計(jì)量，而該微粒均以4磅／噸計(jì)量。
實(shí)施例11將50克0．1摩爾的偏硅酸鈉(Na2SiO3·5H2O)水溶液添加到裝有磁性攪拌器的200毫升燒杯中。在攪拌上述溶液的同時(shí)添加35克0．1摩爾的Na3PO4·12H2O水溶液。攪拌1分鐘后，迅速添加80克0．1摩爾的ZnSO4·7H2O水溶液。將該漿體再攪拌1分鐘之后終止反應(yīng)。將50克0．1摩爾的Na2SiO3·5H2O水溶液添加到另一個(gè)裝有磁性攪拌器的200毫升燒杯中。在攪拌上述溶液的同時(shí)添加12．5克0．1摩爾的Na2B4O7·10H2O水溶液。攪拌1分鐘后，迅速添加80克0．1摩爾的ZnSO4·7H2O水溶液。將該漿體再攪拌1分鐘之后終止反應(yīng)。
上述反應(yīng)結(jié)果分別生成含有硅酸磷鋅和硅酸硼鋅微粒產(chǎn)物的渾濁、白色漿體。然后在與實(shí)施例10中所列的相同條件下采用Britt Jar試驗(yàn)方法對每種微粒進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)結(jié)果列于表2。
表2微粒 填料留存％僅有聚合物18硅酸磷鋅(實(shí)施例10)65硅酸硼鋅(實(shí)施例10)55該聚合物絮凝劑是Allied Colloids Percol175(陽離子的中等分子量的聚丙烯酰胺)，以1磅／噸計(jì)量。該微粒均以4磅／噸計(jì)量。
實(shí)施例12采用實(shí)施例10中所述的標(biāo)準(zhǔn)Britt Jar方法對實(shí)施例2-7的作為微粒助留劑的產(chǎn)品進(jìn)行評價(jià)，但是采用的是充填了粘土的酸性造紙配料。該造紙配料由60％硬木和40％軟木的牛皮紙纖維混合物組成。該造紙配料含有30％的煅燒粘土(Ansilex，Engelhard Corporation生產(chǎn))且總配料固體為0．5％。包括Allied CoHoids HydrocolO膨潤土作為對照。
助留體系的聚合物部分由Allied Colloids’Percol368 DADMAC促凝劑和Percol175聚丙烯酰胺絮凝劑組成。需要用Percol368來中和高陰離子型的粘土。用于所有試驗(yàn)的助留劑的計(jì)量對Percol368、Percol175和微粒分別為2磅／噸、2磅／噸和6磅／噸。評價(jià)結(jié)果列于表3。
表3微粒填料留存％沒有 28硅酸鋅(實(shí)施例2)63硅酸鐵(實(shí)施例3)59硅酸銅(實(shí)施例4)59硅酸鋯(實(shí)施例5)65硅酸鑭(實(shí)施例6)46硅酸釔(實(shí)施例7)59HydrocolO膨潤土 71實(shí)施例13-水的澄清按0．1-10磅的計(jì)量將聚丙烯酰胺絮凝劑加入含有懸浮固體的10，000加侖水的貯水池中。該計(jì)量可以通過機(jī)械混合或單點(diǎn)或多點(diǎn)注入絮凝劑?？梢赃M(jìn)行輔助的攪拌。然后，將實(shí)施例2的硅酸鋅產(chǎn)品按0．1-10磅的計(jì)量添加到該貯水池中?？梢赃M(jìn)行輔助的或連續(xù)的攪拌或分散。懸浮液中的固體發(fā)生絮凝。將絮凝后的固體沉降，水中的懸浮固體量即可減少。
本文中的方法可單獨(dú)或聯(lián)合采用實(shí)施例2-9的產(chǎn)品進(jìn)行。
以上所述已對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案作了詳細(xì)說明。但是，不應(yīng)把這些說明理解為是對本發(fā)明范圍的限制。
權(quán)利要求
1．一種組合物，該組合物包括將可溶性金屬鹽與一種或多種具有選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽的組分的化合物混合而沉淀的產(chǎn)品。
2．權(quán)利要求1的組合物，其中該可溶性金屬鹽的金屬選自a．鈹、鎂、鈣、鍶和鋇；b．第一過渡系列；c．第二過渡系列；d．鑭系元素；e．第三過渡系列；f．錒系元素；和g．鋁、鋅、鎵、鎘、鍺、錮、汞、錫、鉈、銻、鉛、鉍和釙。
3．權(quán)利要求2的組合物，其中該產(chǎn)品以選自下列的經(jīng)驗(yàn)式表示M(Ⅰ)wAlxSiyPzO(0．5w+1．5x+2y+2．5z)； M(Ⅰ)wAlxSiyBzO(0．5w+1．5x+2y+1．5z)；M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xSizO(0．5w+x+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xAlySizO(0．5w+x+1．5y+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xSiyPzO(0．5w+x+2y+2．5z)；M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xSiyBzO(0．5w+x+2y+1．5z)；M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xSizO(0．5w+0．5ax+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xAlySizO(0．5w+0．5ax+1．5y+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xSiyPxO(0．5w+0．5ax+2y+2．5z)； M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xSiyBzO(0．5w+0．5ax+2y+1．5z)；M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xSizO(0．5w+1．5x+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xAlySizO(0．5w+1．5x+1．5y+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xSiyPzO(0．5w+1．5x+2y+2．5z)；和M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xSiyBzO(0．5w+1．5x+2y+1．5z)；式中M(Ⅰ)是氫、鋰、鈉或鉀；Al是鉛Si是硅；P是磷；O是氧；B是硼；M(Ⅱ)是鎂、鈣、鍶或鋇；M(Ⅲ)是第一、第二或第三系列的過渡金屬或錒系元素；M(Ⅳ)是鑭系元素的金屬；a是M(Ⅲ)金屬的化合價(jià)的值；w是平衡由x、y和z的值而形成的電子電荷的值；和x、y和z各自獨(dú)立為約0．1至約10．0的值。
4．權(quán)利要求3的組合物，其中該金屬鹽選自MgCl2、FeCl3、CuCl2、ZnCl2、ZnSO4、Fe2(SO4)3、ZrOCl2、YCl3、LaCl3和(NH4)2Ce(SO4)3。
5．權(quán)利要求3的組合物，其中該可溶性金屬鹽選自鎂、鐵、銅、鋅、鋯、釔、鑭和鈰。
6．權(quán)利要求5組合物，其中該硅酸鹽是鋁硅酸鹽、鋁磷硅酸鹽或鋁硼硅酸鹽。
7．權(quán)利要求1的組合物，其中該硅酸鹽通過偏硅酸鹽的反應(yīng)制備。
8．一種在紙模形成時(shí)控制脫水和／或留存的方法，該方法包括以下步驟(1)將第一分量的可溶性金屬鹽與第二分量的一種或多種選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽的組分混合以形成反應(yīng)產(chǎn)物；(2)將該反應(yīng)產(chǎn)物、聚合物和紙配料混合以產(chǎn)生改進(jìn)了的紙配料；(3)留存和／或脫除造紙機(jī)絲網(wǎng)上改進(jìn)了的紙配料中的一部分水以形成紙模；(4)當(dāng)紙模形成時(shí)，測定改進(jìn)了的紙配料中留存和／或脫除的水的量；和，(5)根據(jù)上述留存和／或脫水的量，調(diào)節(jié)第一分量的可溶性金屬鹽和／或第二分量的一種或多種選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽組分的量，以使留存和／或脫水的量按所需要求改變。
9．權(quán)利要求8的方法，其中在與紙配料混合之前，將步驟(1)的反應(yīng)產(chǎn)物研磨或分散。
10．權(quán)利要求8的方法，其中在與該反應(yīng)產(chǎn)物混合之前將該聚合物和紙配料混合。
11．一種處理水的方法，該方法包括以下步驟(1)將第一分量的可溶性金屬鹽與第二分量的一種或多種選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽的組分混合以形成反應(yīng)產(chǎn)物；和(2)將該反應(yīng)產(chǎn)物與包含聚合物的水混合以產(chǎn)生包含絮凝物的水。
12．權(quán)利要求11的方法，其中該產(chǎn)品以選自下列的經(jīng)驗(yàn)式表示M(Ⅰ)wAlxSiyPzO(0．5w+1．5x+2y+2．5z)； M(Ⅰ)wAlxSiyBxO(0．5w+1．5x+2y+1．5z)；M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xSizO(0．5w+x+2z)； M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xAlySizO(0．5w+x+1．5y+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xSiyPzO(0．5w+x+2y+2．5z)； M(Ⅰ)wM(Ⅱ)xSiyBzO(0．5w+x+2y+1．5z)；M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xSizO(0．5w+0．5ax+2z)； M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xAlySizO(0．5w+0．5ax+1．5y+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xSiyPzO(0．5w+0．5ax+2y+2．5z)； M(Ⅰ)wM(Ⅲ)xSiyBzO(0．5w+0．5ax+2y+1．5z)；M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xSizO(0．5w+1．5x+2z)； M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xAlySizO(0．5w+1．5x+1．5y+2z)；M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xSiyPzO(0．5w+1．5x+2y+2．5z)； 和M(Ⅰ)wM(Ⅳ)xSiyBzO(0．5w+1．5x+2y+1．5z)；式中M(Ⅰ)是氫、鋰、鈉或鉀；Al是鋁；Si是硅；P是磷；O是氧；B是硼；M(Ⅱ)是鎂、鈣、鍶或鋇；M(Ⅲ)是第一、第二或第三系列的過渡金屬或錒系元素；M(Ⅳ)是鑭系元素的金屬；a是M(Ⅲ)金屬的化合價(jià)的值；w是平衡由x、y和z的值而形成的電子電荷的值；和x、y和z各自獨(dú)立為約0．1至約10．0的值。
13．權(quán)利要求11的方法，該方法還包括以下步驟(3)使水中的絮凝物沉降以產(chǎn)生澄清的水；和／或(4)將包含絮凝物的水過濾以有效地除去該絮凝物。
全文摘要
一種組合物,該組合物包括將可溶性金屬鹽與一種或多種具有選自硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽的組分的化合物混合而沉淀的產(chǎn)品;以及一種在紙模形成時(shí)控制脫水和/或留存的方法,或包括使用該產(chǎn)品處理水。
文檔編號C01B35/12GK1204301SQ96198910
公開日1999年1月6日 申請日期1996年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月7日
發(fā)明者D·K·德魯蒙得 申請人:礦業(yè)技術(shù)有限公司