專利名稱：對高嶺土粘土懸浮體同時進行精選、浸取和脫水的方法
技術領域：
本發(fā)明提供了一種高嶺土粘土的精選和脫水的改進方法。改進方法制得的產品是一種發(fā)亮的脫水高嶺土，它適合用在顏料和紙用涂料組合物中。改進方法是部分地改變高嶺土精選方法的結果，而所實施的這高嶺土精選方法包括了選擇性絮凝，還原性浸提和脫水。這改進的精選方法提供精制的高嶺土，用作顏料和用作與現(xiàn)有方法制備的高嶺土相同的或更優(yōu)的其它用途，但是由于采用的操作步驟和所用物質都較少，所以顯著地節(jié)省了費用和改改善了環(huán)境。
背景技術：
大量的高嶺土用作顏料和用作紙用涂料組合物中的填充材料。作為高嶺土粘土(或高嶺石粘土)的主要組分的高嶺石是一種白色粘土礦物質，因而它能賦予涂料紙，紙板，文件資料用高級紙和其它相關產品用紙的表面以光亮度，光澤，平滑和其它所希望的特性。
高嶺土是一種粘土，它采自在全球各地多處發(fā)現(xiàn)的粘土沉積層。例如，目前高嶺土礦石采自位于英國，法國，德國和捷克共和國的沉積層。出現(xiàn)在這些地方的高嶺土沉積層通常屬于原生型。原生高嶺土沉積層是長石經過風化形成的，這一群巖石成形礦物質占了地殼體積的一半以上。高嶺土粘土目前還可采自位于巴西和美國東南部的沉積層。采自這些地方的高嶺土通常屬于次生(或沉積)型。次生沉積層通過泥砂堆積形成，這是一種地質構成方法，它使高嶺土沉積在沉積巖石中。
這二種類型的高嶺土粘土沉積層一定含有在使用之前必須去除的粗粒和細粒的雜質。粗粒的雜質可能占了原生礦物體積的一半以上，它包括顆粒粒徑為+325號的石英，長石，云母或電氣石。細粒雜質包括粉砂和粘土量級的非高嶺土礦物質，細沙和礦物質。沉積型高嶺土常常含有二氧化鈦礦物雜質，例如銳鈦礦和金紅石。這類二氧化鈦礦物質可能含有晶格取代鐵，因而它使黃色中帶有一種褐色。除了二氧化鈦以外，沉積型高嶺土常常含有少部分伴生的鐵的氧化物和鐵的硫化物。氧化鐵礦物質例如赤鐵礦和針鐵礦，它們使紅色中帶有一種暗黃色。硫化鐵礦物質，例如白鐵礦和黃鐵礦，典型地出現(xiàn)在含有有機物質的高嶺土中。硫化鐵物質可能以粒徑為+325號的結核出現(xiàn)，或者被有機物質浸染，從而產生灰色。即使少量地，這些雜質也能降低用高嶺土生產的顏料的光亮度和白色度。因為通常喜歡使用光亮，白色顏料甚于暗淡的，黃色顏料，所以已作出巨大努力來開發(fā)能在使用前去除這類雜質的方法。
濕法分離礦物法已被設計成能去除雜質，或另外地被設計成能改善最終的高嶺土產品的特性。通常，這些方法稱為精選。某些精選方法，包括去沙礫和去沙石，被設計成能去除沙石，粗泥沙和會有損于最終顏料的物理特性的其它粗顆粒。其它的精選方法被設計成能去除細粒雜質，或被設計成能改善最終產品的色彩，結構，或流變性質。
濕法通過首先使天然粘土與水混合，以形成稱為滑泥的含水礦物漿料的方法來實施濕法的。在干式開采高嶺土的場合，滑泥形成的方法是通過使干燥的或濕的天然粘土與水混合或攪拌從而生產出含有35～70％固體顆粒的含水懸浮體。然后使這粘土漿料通過一系列的刮板箱，勺輪去砂器，水力分級器，水力旋流器，篩子和/或濾網對其進行除沙，從而分離出粗粒物質。另一種方法是，或在去沙之后，讓留下的天然粘土漿料保留在沉淀池或沉降槽中一段時間，以便采用所謂沉積法的方法使粗顆粒與細顆粒相分離。作為實施例，請參閱授予普魯特等人的US.6,149,723的背景一節(jié)，此處將其引入作為參考。
為了提高除沙方法的效果，久已知道在除沙之前對粘土漿料進行反絮凝處理。絮凝作用是高嶺土顆粒相互粘附并形成聚集體，團塊或絮凝體傾向的結果。高嶺石顆粒將在從強到弱的酸性環(huán)境中絮凝，以正和負電荷的形式出現(xiàn)在高嶺土顆粒的邊緣和表面上，從而引起高嶺土顆粒聚集。絮凝作用造成粘土-水漿料的粘度升高。它還會通過阻止顆粒的淀出而影響除砂，造成細粘土顆粒的絮凝物與粗顆粒一起沉淀，從而導致附著到粗顆粒上的細顆粒和粗顆粒一起被去除。反絮凝使顆粒分散。分散作用幫助顆粒游離和便于各種粒度和礦物的分離。
通過將化學品混入到漿料中從而提高pH(典型地提高到6或更高)的方法來實施反絮凝。增高堿度，使高嶺石表面變得以負電性為主，并降低了顆粒之間的吸引力。通過添加分散劑能進一步幫助反絮凝，因為這分散劑使顆粒之間的范德瓦耳斯引力降至最低。
分散的高嶺土滑泥的補充精選作業(yè)典型地可先于除砂或緊接在除砂之后進行，并能達到各種不同的目的。選擇使用的精選方法取決于所采用的天然礦物的類型和取決于對最終精制產品所要求的規(guī)格。舉例來說，人們可以通過顆粒粒徑分級的方法來改善高嶺土顏料的性能或光亮度。分級方法就是選取，或分餾，符合一定的顆粒形狀和/或粒徑范圍稱為顆粒粒徑分布(Psd)的那些顆粒。舉例來說，例如可以采用授予休斯等人的US.4,018,673所述的離心分離法來實現(xiàn)分級，上述專利在此被引入作為參考。人們可以通過采用各種不同的其它精選方法來改善色彩，這其它精選方法包括浮選法(US.3,655,038)，泡沫浮選法(US.4,472,271和EP591,406)，磁力分離法(WO.9,850,161)，還原性酸性物浸取或堿性漂白(US.4,650,521)和選擇性絮凝法。請參閱在此引入作為參考的US.3,701,417，US.5,685,900，US.5,535,890，US.4,227,920，US.6,068,693或其變更，美國臨時申請?zhí)?0/240861。
選擇性絮凝法是一種去除作為雜質存在的二氧化鈦的優(yōu)選方法。在有些選擇性絮凝方法中，使含有二氧化鈦(和其它細粒雜質)的高嶺土與能使二氧化鈦絮凝的添加劑相混合，然后沉淀到沉降槽或沉淀池底部，并留下從呈分散狀態(tài)的上清液中回收到的高嶺土產品。請參閱例如US.3,701,417和US.6,068,693。采用進行反向作業(yè)的方法可改善選擇性絮凝的效能，亦即采用絮凝和回收高嶺土組分而留下從含水上清液中分離出來的雜質。請參閱US.5,535,890和US.4,227,920。在這些方法中，首先通過添加能增加其堿度的化學品使高嶺土分散。也可任選地添加分散劑。然后將高分子量聚合物添加到分散的含水高嶺土懸浮體中。接著使這懸浮體絮凝。在絮凝過程中，高分子量聚合物優(yōu)先地粘附在高嶺土上，而不是附著在二氧化鈦和其它雜質上。這樣促進了二氧化鈦分離。在分離之后，絮凝的高嶺土部分用化學方法對其進行反絮凝，例如采用臭氧化作用，化學分散劑或二者，或采用機械方法，例如采用高剪切濕碾磨，從而留下基本上沒有二氧化鈦和其它雜質的分散的高嶺土滑泥。請參閱US.5,685,900，該專利在此被引入作為參考。
對于以鐵的氧化物為雜質的天然礦物，被稱為還原性酸性物浸取的精選方法已被用來改善精選產品的色彩。根據長期積累起來的實踐經驗，還原性酸性物浸取要求將分散的(任選地除砂和精選的)粘土滑泥酸化到pH低于5，典型地低于3，以便絮凝粘土顆粒。然后將化學還原劑添加到絮凝高嶺土懸浮體中。還原劑與鐵的氧化物發(fā)生反應，不可逆地將它們從非水溶性鐵(鐵III)的氧化物轉變成水溶性鐵類(鐵II)形態(tài)。參閱例如GB.1,043,252。一旦可溶化，鐵被認為與其它水溶性鹽類一起浸入到了粘土漿料的含水部分中，從而借此與絮凝高嶺土分離。通?？蓞㈤哢S.1,791,959，US.2,339,594，US.3,937,632，US.4,002,487，和GB.1,043,252，在此被引入作為參考。
雖然大部分精選方法可以按任何臨時指令進行，但是為了避免還原性酸性物浸出，在直至精選的最后階段和在選擇性絮凝之后才進行被認為是必要的。這是因為還原性酸性物浸出是在酸性絮凝粘土滑泥狀態(tài)下進行的，并且隨后必須接著進行過濾以去除鹽類，從而升高固體顆粒濃度以便干燥。此外，因為選擇性絮凝要求絮凝來自完全分散的漿料中的選擇礦物質。所以必須在堿性狀態(tài)下進行選擇性絮凝。(WO.00/68160講授了一種堿性選擇性絮凝隨后臭氧化的方法，這方法是在高堿性狀態(tài)下，在pH水平大9，優(yōu)選11～11.5的條件下進行的)。相反，采用還原性浸出的方法除鐵被認為要求酸性條件，以便促進絮凝，從而使通過過濾去除可溶性鐵成為可能。
這些約束條件增加了精選的成本，有多個理由。還原性酸性物浸取和大多數(shù)其它的精選方法對pH的發(fā)散要求，使得將它們組合起來成為不可能。將pH調整到高嶺石選擇性絮凝和銳鈦礦的反泡沫浮選所要求的更堿性的水平，這會要求添加昂貴的化學品。重新將pH調整到酸性物還原浸取要求的酸性水平，接著在干燥和銷售之前再將pH調整到中性，這就要求添加更加昂貴的和對環(huán)境有害的化學品例如硫酸。再者，pH化學調整劑和分散劑本身均是雜質，它們的較高劑量的存在可能會損害最終產品的流變性能(粘度)。所有這些約束因素都加到了精選方法的成本上。但是本發(fā)明克服了這些約束，并在顯著節(jié)省成本和環(huán)境的條件下提供了一種可比的和質量更佳的精選高嶺土產品。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種高嶺土粘土的精選和脫水的方法，該方法包含(a)獲取待精選的高嶺土粘土；(b)形成所述粘土的含水懸浮體；(c)反絮凝所述含水懸浮體；(d)任選地將還原劑添加到所述反絮凝含水懸浮體中；(e)添加高分子量聚合物以便選擇性地絮凝所述粘土懸浮體；(f)使所述絮凝粘土產品與懸浮體的殘余部分分離；(g)再分散(f)的分離粘土，以便形成反絮凝粘土產品，該產品具有比(c)的反絮凝含水懸浮體更高的固體顆粒含量重量百分率；(h)任選地進一步對所述反絮凝粘土產品進行脫水或干燥。
本發(fā)明的精制高嶺土產品適合用于例如顏料和紙用填料和/或涂料組合物中。
本發(fā)明的好處，部分地是由于采取了選擇性絮凝和還原性浸出方法而獲得的。如上所述，在本發(fā)明之前，曾被認為借助于還原性浸出的氧化鐵處理方法必須在酸性環(huán)境下進行。還曾被認為在還原性酸性物浸出之后需要進行過濾以去除鹽類和水的可溶性鐵類物質，以便改善粘土-水漿料的光亮度，白色度和流變學。我們已意外地發(fā)現(xiàn)，與長期的實踐相反，氧化鐵雜質的恰當?shù)奶幚矸椒ú槐匕ㄋ峄蚝髞淼倪^濾。代之以的是，氧化鐵雜質的處理可以在與選擇性絮凝過程中所采用的pH相一致的pH范圍內進行。
由于不愿受理論的約束，我們相信三價鐵(鐵III)的氧化物還原成二價鐵(鐵II)的氧化物，由于改變了鐵的可見光的吸收率，能使氧化鐵的光亮度增加到可容許的水平。在下文中提及的堿性漂白(或堿性浸取)這樣的處理方法，使人們能夠在清除二氧化鈦的同時或之前進行氧化鐵雜質的處理。
因此，本發(fā)明免除了還原性酸性物浸取所要求的附加步驟。舉例來說，本發(fā)明使人們能夠免除開始進行從氧化鐵的清除(還原性酸性物浸取)到二氧化鈦的清除(選擇性絮凝)所需添加的用于酸化，隨后中和pH的化學品。減少使用pH化學調整劑降低了費用和減少了潛在的環(huán)境危險。在不加pH化學調整劑的情況下，它們不可能形成會損害最終產品的流變性能的鹽類。
因此，在現(xiàn)有技術將氧化鐵，二氧化鈦的清除和脫水看作必定是單獨的和不連續(xù)的精選方法時，本發(fā)明將它們結合起來，從而節(jié)省了大量的物質，費用和環(huán)境。此外，本發(fā)明的精選高嶺土產品還比用現(xiàn)有的精選方法制得的產品要好。
本發(fā)明還有另外的意想不到的特點。令人驚訝和意想不到的是，例如用來起堿性漂白作用的化學還原劑不會影響選擇性絮凝方法。尤其令人驚訝的是化學還原劑沒有引起高嶺石顆粒與雜質聚集，且沒有影響高分子量聚合物選擇性的粘附到高嶺土上并形成絮凝體的能力，因此，可迫使其它的雜質進入懸浮體的殘余部分中并被去除。此外，通過高嶺石選擇性絮凝的方法去除分散的膠態(tài)鐵性雜質的效果竟然被提高了。令人驚訝的還有無需過濾或移動洗滌(displacivewashing)，化學還原劑不會對最終產品的流變性能產生不良影響。
上面已作了一般性敘述，下面將陳述詳細說明和實施例。當然，前面的概述和下面的詳述二者均只是示范性的和說明性的，在申請專利時，并不限制本發(fā)明。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供一種高嶺土粘土的精選和脫水的方法。該方法包含(a)獲取待精選的高嶺土粘土；(b)形成所述粘土的含水懸浮體；(c)反絮凝所述含水懸浮體；(d)任選地將還原劑添加到所述反絮凝含水懸浮體中；(e)添加高分子量聚合物以便選擇性地絮凝所述粘土懸浮體；(f)使所述絮凝粘土產品與懸浮體的殘余部分分離；(g)再分散(f)的分離粘土，以便形成反絮凝粘土產品，該產品具有比(c)的反絮凝含水懸浮體更高的固體顆粒含量重量百分率；(h)任選地進一步對所述反絮凝粘土產品進行脫水或干燥。
按照本發(fā)明的精制高嶺土產品適合用于例如顏料和紙用填料和/或涂料組合物中。
步驟(a)中的天然高嶺土粘土來源于任何礦物源，它可包括但不限于以下任何一種原生高嶺土，次生(沉積型)高嶺土，云母質高嶺土，砂質高嶺土，高嶺石砂石，腐泥土，高鋁土高嶺土，鐵礬土高嶺土，硬質粘土，細粒粘土，和團狀粘土。本發(fā)明不依賴采用特定的高嶺土原料。
步驟(b)中所形成的含水懸浮體可以采用任何本技術領域內公認的方法制得，例如采用用水攪拌天然高嶺土的方法，或按照已知的方法，在應用檢測器的條件下，采用水力開采的方法。典型地，干高嶺土將進行這樣的攪拌，以致使最終獲得的高嶺土/水組合物具有的固體顆粒濃度為30重量％～70重量％。
步驟(c)的反絮凝粘土懸浮體典型地將被除砂，并在(d)和/或(e)之前任選地進一步被精選。除砂可按照例如前一節(jié)中所述的那些已知方法加以完成。另外的精選方法包括但不限于分餾，分級，浮選，泡沫浮選和磁力分離。在除砂和分餾之前可將含水懸浮體的固體顆粒濃度稀釋到25％～30％。在其它精選程序之后和在選擇性絮凝之前，將漿料的固體顆粒濃度有利地進一步降低到10％～20％，優(yōu)選15％。
步驟(c)中的反絮凝可以采用任何合適的方法完成。舉例來說，這方法可包含添加能夠增加含水懸浮體pH的，足以促進反絮凝的一種或多種化學劑。典型地，pH將提升到6～12，更典型地為7～11.5。適合本目的的pH調整劑包括碳酸鈉，氫氧化鈉，和氫氧化銨，或它們的混合物，但還可包括能夠完成這項功能的任何其它已知的或以后發(fā)現(xiàn)的分散劑。還可以任選地添加一種或多種分散劑以便進一步分散反絮凝高嶺土。這類分散劑包括縮聚磷酸鈉，硅酸鈉，和聚丙稀酸鈉，但還可包括能夠完成這項功能的任何其它已知的或以后發(fā)現(xiàn)的分散劑。
步驟(d)中涉及的還原劑用來起到堿性漂白作用。正如上面論述中所表明的，當(a)中涉及的粘土原料由于存在氧化鐵雜質而需要補充增白或增亮時，進行堿性漂白是有利的。
步驟(d)中涉及的還原劑優(yōu)選在添加高分子量聚合物之前添加，以便有時間使漂白劑完全混合并起作用。要求的時間長短取決于混合的程度和其它因素，并可由本技術領域內的一般技術人員很容易地確定。在添加還原劑和高分子量聚合物之間需間隔20分鐘～3天，優(yōu)選1～2小時便能獲得好的結果。但是，還原劑也可在添加高分子量聚合物的同時或之后添加。漿料pH有利值為6～12，優(yōu)選7～11.5。
步驟(d)中的還原劑可以或者是化學的(有機的或無機的)或者是微生物的。優(yōu)選的化學還原劑包括連二硫酸鈉，甲脒亞磺酸(FAS)，二氧化硫脲和連二亞硫酸鹽，但還可包括任何其它已知的或以后發(fā)現(xiàn)的能夠在所規(guī)定的條件下還原鐵的氧化物的化學還原劑。
有用的微生物還原劑包括曲霉屬皂腳，腸道菌產氣微生物和白聯(lián)珠菌屬mesenteroides，和它們的混合物，但還可包括任何其它已知的或以后發(fā)現(xiàn)的能夠在所規(guī)定的條件下起到上述功能的微生物還原劑。微生物還原劑可以用于稱為生物浸取法中。生物浸取技術，例如Shelobolina(2000)在佐治亞洲地質協(xié)會參考手冊第20卷標題“佐治亞洲中部和東部工業(yè)用高嶺土礦區(qū)的地質學”中所述的那些技術，均可被采用，此處將該文整篇引入作為參考。雖然生物浸取要求引進細菌和培養(yǎng)基，但我們相信本發(fā)明的引進生物浸取步驟代替有機或無機化學還原劑這樣做是可行的，因為選擇性絮凝步驟能夠使高嶺石和諸如含鐵的有機化合物，細菌物質，培養(yǎng)基物質或其它由生物浸取方法產生的殘余物之類的污染物分離。我們進一步相信，為防止產品會有微生物污染物，在選擇性絮凝方法之后需要采用氧化方法例如臭氧以便使高嶺土產品適合應用。
步驟(e)中涉及的高分子量聚合物可任選地和其它添加劑一起被添加，以便實現(xiàn)選擇性絮凝。適用的高分子量聚合物包括任何一種合適的聚合物或它們的混合物，包括Nalco 9877，Cytec A100 LMW，Cytec A1849RS，和超級絮凝劑(Superfloc)1881，以及能夠完成這項功能的任何已知的和以后發(fā)現(xiàn)的試劑。在添加高分子量聚合物之前，或與其同時，有利地提高反絮凝懸浮體的pH。選擇性絮凝和后來的再分散(下面將論及)在pH為6～12條件下能有利地實施。當高分子量聚合物是Nalco 9877和再分散利用臭氧來完成時，pH典型地是較高的，例如為7～11.5。在pH為11.5的條件下已取得良好的結果。
步驟(f)中涉及的液體和絮凝固體顆粒之間的分離可采用本技術領域內任何已知方法加以實現(xiàn)。這類分離可采用如下器具來完成，即沉降池，增稠器，離心機，水力旋流器旋轉式真空過濾器，低壓壓濾器，高壓壓濾器，或管式壓力機。優(yōu)選采用為本用途設計的沉降槽或分離器。此外，分離產品的pH可為6～12，優(yōu)選7～11.5。
步驟(g)中涉及的再分散可以采用各種方法來實現(xiàn)，部分地取決于所采用的高分子量聚合物的性質。當采用的高分子量聚合物是例如Nalco 9877時，步驟(f)中涉及的絮凝粘土產品可能要經受至少一種化學的或氣體的聚合物破碎劑用量。這類化學的或氣體的試劑有利地可以是氧化劑。這類化學氧化劑可以包括次氯酸鈉(Sodiumhypochloride)過氧化氫，和高錳酸鉀，但還可以包括能夠完成這項功能的任何已知的或今后發(fā)現(xiàn)的化學氧化劑。另一方面，和優(yōu)選地，聚合物破碎劑可以是氧化氣體。這類氧化氣體包括臭氧，但還可以包括任何能夠完成這項功能的已知的或今后發(fā)現(xiàn)的化學氧化劑。當采用其它的高分子量聚合物時，再分散可能會要求添加化學分散劑，任選地以及要求進行高剪切混合，以便再分散絮凝高嶺土。這種分離的再分散的高嶺土選擇性絮凝產品具有的固體顆粒含量高于40％，優(yōu)選高于55％。
按照(h)的要求，可任選地進一步采用壓濾器，蒸發(fā)器或膜濾器等方法對(g)產品進行脫水。還可任選地進一步采用已知技術和裝置對(g)產品進行干燥處理，這類裝置例如裙式干燥器，流化干燥器，旋轉式干燥器或噴射式干燥器。進一步脫水或反向混合典型地將使固體顆粒含量增加到67％～71％。任選地可采用裙式或噴射式干燥器使固體顆粒含量增加到高于90％～97％。
應注意文中所表示的百分率均是按重量計的，除非另有說明。文中所表示的所有百分率，時間和pH值均是近似值。同時所有提及的光亮度均是在457nm下相對于MgO按照制定的工業(yè)標準(GE)測出的。
現(xiàn)提供以下實施例做參考，其中采用了以下的縮寫HMP＝六偏磷酸鈉C-211＝聚丙烯酸鈉NaOH＝氫氧化鈉(苛性鈉)Floc＝絮凝Hydro＝連二硫酸鈉(連二亞硫酸鈉)FAS＝甲脒亞磺酸#/t＝每噸的磅數(shù)實施例1 乳狀氧化型(乳白色)天然礦物
在實施例1中，一種細粒乳狀氧化型天然高嶺土，它具有乳白色色彩并包含二氧化鈦，鐵的氧化物和其它雜質以及具有列于上表第1列中的導電率和顆粒粒徑分布，用8磅/噸HMP和2磅/噸C-211將上述高嶺土攪拌20分鐘至固體顆粒含量為70％。用苛性鈉將攪拌產品的PH調整到9.5，然后將其稀釋到固體顆粒含量為37％，并被分級至回收率達90％。分級后中間體所顯示的性能列于表中第2列。然后使分級后中間體天然礦物經受(1)現(xiàn)有技術的精選方法，(對照產品和對照產品(W/Mag))和2)本發(fā)明的精選方法(B-2，C-2，D和I產品)。對照產品的生產程序是按照在二氧化鈦去除(選擇性絮凝和其它精選)之后才對鐵雜質作處理(還原性酸性物浸取和過濾)的現(xiàn)行作法進行的。B-2，C-2和D產品表明了本發(fā)明的不同的生產程序，其中對鐵的處理(堿性浸取)是在二氧化鈦去除(選擇性絮凝)之前進行的。“對照產品W/Mag”和I產品闡明了磁力分離分別地對現(xiàn)行方法和本發(fā)明方法的影響。
從實施例1可知，當堿性漂白(例如利用FAS)是在選擇性絮凝之前進行時，能實現(xiàn)使精選產品具有優(yōu)越的導電率(低含量的鹽類雜質)和與對照產品相比具有相等的光亮度(B-2，C-2和D產品與對照產品相比；I產品與“對照產品W/Mag”相比)。實施例1還表明在FAS浸取反應中pH的下降大于連二硫酸鈉浸取反應中所觀察到的pH的下降，和表明本發(fā)明的每一種方法的沉淀速度及聚合物劑量均比對照產品要明顯地和有利地快和低。
實施例2 粗粒狀氧化型(帶有粉紅色的乳白色)天然礦物
在實施例2中，一種帶有粉紅色的乳白色粗粒狀氧化型天然高嶺土，使其與苛性鈉相攪拌至pH為9.5，再將其稀釋到約為37％，并被分級達到95％小于2μm，然后經受磁力分離。中間體被稀釋到固體顆粒含量為10％，然后經受現(xiàn)有技術的(對照產品)和發(fā)明產品的(A，D，B，C，和H)二種精選程序。這稀釋的中間體再經受現(xiàn)有技術的(對照產品)和發(fā)明產品的(A，D，B，C，和H)二種精選程序。對照產品闡明了在精選(選擇性絮凝)之后進行浸取(這時應用hydro(連二硫酸鈉))和過濾的現(xiàn)行作法。A，D，B，C，和H產品的生產程序闡明了本發(fā)明的程序，即采用選擇性絮凝，以及任選地采用堿性浸取(hydro或FAS)的先前處理方法。
從實施例2可知，本發(fā)明的精選產品的流變學(溶解鹽類)其中(A和D)產品要好于或(B，C，和H)產品相當于對照產品。實施例2還表明在分離絮凝粘土之前添加浸取便能完成選擇性絮凝，并表明在選擇性絮凝之前實施浸取生產出的產品具有比只作選擇性絮凝的產品稍低的b值。實施例2中所述發(fā)明產品(A-D，H)的生產程序雖不是描述一種能使所有特性都達到等同于對照產品性能的最佳化工生產程序，但這實施例證明了，在省去象征著對照產品所述現(xiàn)行工業(yè)作法的酸性浸取和過濾的條件下，利用粗粒狀氧化型天然礦物能生產出具有大于87GE光亮度和可接受的流變學的商品級高嶺土產品。本發(fā)明證明了省去二種化學添加劑的論點和省去與過濾有關的工藝設備是可行的。
實施例3 細粒狀灰色天然礦物
在實施例3中，細粒狀灰色高嶺土天然礦物被分成二組。第一組與每噸8磅的HMP一起進行攪拌20分鐘至固體顆粒含量為70％。用苛性鈉將第一組攪拌產品的PH調整到9.5，然后將其稀釋到固體顆粒含量為37％，并被分級至回收率達92％。第二組與每噸8磅的HMP一起進行攪拌20分鐘至固體顆粒含量為70％。用Na2CO3將第二組攪拌產品的pH調整到9.5，然后將其稀釋到固體顆粒含量為37％，并被分級至回收率達93％。這二組的每一組均被進一步稀釋到固體顆粒含量為10％并被等分，然后將它們的pH分別地調整到8.5和11.5。攪拌后的和分級后的天然礦物以及精選產品的性能列于表中。
從實施例3可知，對于某些細粒狀灰色高嶺土天然礦物為了獲得光亮度并不需要作還原性浸取。當采用苛性鈉時，與較低的pH(8.5)相比，選擇性絮凝在較高的pH(11.5)狀態(tài)下要好些。在較低的pH下進行的選擇性絮凝生產出具有較低導電率的產品，這等同于有較好的流變學。而在攪拌過程中當使用碳酸鈉來調整pH時，在較低的pH(8.5)下選擇性絮凝能起作用。
實施例3中所述發(fā)明產品(A-D，H)的生產程序雖不是描述一種使用細粒狀灰色天然礦物的最佳化工生產程序，但這實施例證明了，在省去象征著對照產品所述現(xiàn)行工業(yè)作法的酸性浸取和過濾的條件下，利用細粒狀灰色天然礦物能生產出具有大于87GE光亮度和可接受的流變學的商品級高嶺土產品。本發(fā)明證明了省去三種化學添加劑的論點和省去與過濾有關的工藝設備是可行的。
實施例4 細粒狀灰色天然礦物 連續(xù)作業(yè)的條件
在實施例4中，細粒狀灰色天然礦物用每噸8磅的HMP和每噸1磅的C-211一起進行攪拌20分鐘至固體顆粒含量為70％。用苛性鈉將攪拌產品的pH調整到9.0，用200號篩子進行過濾，然后被分級至回收率達90％，再與每噸1磅的hydro相混合，并被稀釋到固體顆粒含量為10％。將這稀釋的，分級的天然礦物分成二組。將第一組的pH調整到11.5；將第二組的pH調整到8.5。然后使每組都經受選擇性絮凝，臭氧，和噴射干燥等一系列連續(xù)作業(yè)達二天。本發(fā)明的精選產品的性能列于上表中。
從實施例4可知，本發(fā)明在連續(xù)作業(yè)的條件下能生產出達因流變學高光亮度的產品。利用選擇性絮凝在較低的pH(8.5)下制得的產品使最終產品的pH為7.5，這最終產品處在高嶺土漿料產品的規(guī)范內。而在試驗過程中在采用沉降槽之后的處理過的固體顆粒大到有如從旋轉式真空過濾器中出來的濾餅一樣。
實施例5預言性的除了上面實施例中試用的無機還原劑之外，我們相信有機和微生物還原劑將能起作用。利用曲霉屬皂腳，腸道菌產氣微生物和白聯(lián)珠菌屬mesenteroides用作浸取高嶺土的生物工程方法，在由Shelobolina(2000)在佐治亞洲地質協(xié)會參考手冊第20卷標題為“佐治亞洲中部和東部工業(yè)用高嶺土礦區(qū)地質學”中作了描述。生物浸取要求引進細菌和培養(yǎng)基。我們相信本發(fā)明的引進生物浸取步驟代替有機或無機化學還原劑這樣的做法是可行的，因為選擇性絮凝步驟能夠使高嶺石和諸如含鐵的有機化合物，細菌物質，培養(yǎng)基物質或其它由生物浸取方法產生的殘余物之類的污染物分離。我們進一步相信，從防止發(fā)運給客戶的產品會有微生物污染物的觀點出發(fā)，在選擇性絮凝方法之后需要采用氧化方法例如臭氧以便使高嶺土產品適合應用。
根據文中公開的本發(fā)明的說明書和實踐所考慮的事項，本發(fā)明的其它實施方案對于本技術領域的那些技術人員來說將是顯而易見的。意圖是說明書和實施例被認為只是示范性的，而本發(fā)明的真正的精神實質由下面的權利要求書表明。
權利要求
1.一種對高嶺土粘土的精選和脫水的方法。該方法包括(a)獲取待精選的高嶺土粘土；(b)形成所述粘土的含水懸浮體；(c)反絮凝所述含水懸浮體；(d)任選地將還原劑添加到所述反絮凝含水懸浮體中；(e)添加高分子量聚合物以便選擇性地絮凝所述粘土懸浮體；(f)使所述絮凝粘土產品與懸浮體的殘余部分分離；(g)再分散(f)的分離粘土，以便形成反絮凝粘土產品，該產品具有比(c)的反絮凝含水懸浮體更高的固體顆粒含量重量百分率；(h)任選地進一步對所述反絮凝粘土產品進行脫水或干燥。
2.權利要求1的方法，其中在(a)中涉及的粘土來源于原生高嶺土、次生高嶺土、云母質高嶺土、砂質高嶺土、高嶺石砂石、腐泥土、高鋁土高嶺土、鐵礬土高嶺土、硬質粘土、細粒粘土、或團狀粘土。
3.權利要求1的方法，其中在(c)中涉及的反絮凝可采用一種方法來完成，這方法包括添加能夠提高所述含水懸浮體pH并足以促進反絮凝的一種或多種化學試劑。
4.權利要求3的方法，其中所述化學試劑是碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化銨、或它們的混合物，
5.權利要求3的方法，其中所述pH被調整到至少為6。
6.權利要求5的方法，其中所述pH被調整到至少為6.5。
7.權利要求1的方法，其中所述反絮凝方法進一步包含添加一種或多種分散劑。
8.權利要求7的方法，其中所述分散劑是縮聚磷酸鈉、硅酸鈉、聚丙稀酸鈉、或它們的混合物。
9.權利要求1的方法，其中在(c)中涉及的反絮凝含水懸浮體在(e)之前進行除砂。
10.權利要求1的方法，其中在(d)中涉及的所述還原劑被添加到所述反絮凝含水懸浮體中。
11.權利要求10的方法，其中所述還原劑是一種化學還原劑。
12.權利要求11的方法，其中所述還原劑是連二硫酸鈉、甲脒亞磺酸、二氧化硫脲、連二亞硫酸鹽、或它們的混合物。
13.權利要求10的方法，其中所述還原劑是一種微生物還原劑。
14.權利要求13的方法，其中所述還原劑是一種生物浸取劑。
15.權利要求14的方法，其中所述生物浸取劑是曲霉屬皂腳、腸道菌產氣微生物、白聯(lián)珠菌屬，mesenteroides、或它們的混合物。
16.權利要求14的方法，其中所述再分散用氧化劑來完成。
17.權利要求16的方法，其中所述氧化劑是臭氧。
18.權利要求1的方法，其中在(e)中涉及的所述高分子量聚合物是Nalco 9877、Nalco TX10146、Cytec A100 LMW、Cytec A1849RS、超級絮凝劑，Superfloc 1881，或它們的混合物。
19.權利要求1的方法，其中在(d)中涉及的所述還原劑在添加(e)中涉及的所述高分子量聚合物之前添加。
20.權利要求1的方法，其中在(d)中涉及的所述還原劑可在添加(e)中涉及的所述高分子量聚合物的同時或之后添加。
21.權利要求19的方法，其中所述還原劑可在添加高分子量聚合物之前20分鐘或20分鐘以上時間添加。
22.權利要求21的方法，其中所述還原劑可在添加高分子量聚合物之前2小時或以上時間才添加。
23.權利要求19的方法，其中所述高分子量聚合物要在長到足以使所述還原劑完全混合并起作用的時間之后才添加。
24.權利要求1的方法，其中在(f)中涉及的分離是在沉淀池、沉降槽、離心機、水力旋流器、旋轉式真空過濾器、低壓壓濾器、高壓壓濾器、或管式壓力機中進行。
25.權利要求24的方法，其中所述分離在沉降槽中進行。
26.權利要求1的方法，其中在(g)的再分散分離粘土產品具有的固體顆粒含量大于或等于40重量％。
27.權利要求1的方法，其中在(g)中涉及的再分散可采用一種方法來實現(xiàn)，這方法包括使其經受至少一種聚合物破碎用量的聚合物破碎劑。
28.權利要求27的方法，其中所述聚合物破碎劑是一種化學氧化劑。
29.權利要求28的方法，其中所述化學氧化劑是次氯酸鈉、過氧化氫、高錳酸鉀、或它們的混合物。
30.權利要求27的方法，其中所述聚合物破碎劑是一種氣體氧化劑。
31.權利要求30的方法，其中所述氣體氧化劑是臭氧。
32.權利要求27的方法，其中所述再分散方法可進一步包含添加一種或多種化學分散劑，和/或采用高剪切混合方法。
33.權利要求1的方法，其中(g)的產品被進一步脫水。
34..權利要求33的方法，其中所述脫水采用壓濾器、蒸發(fā)器、或膜濾器來完成。
35.權利要求33的方法，其中所述脫水產品被干燥。
36.一種高嶺土粘土的精選方法，這方法包括(a)獲取要求對其所含的鐵的氧化物作處理的高嶺土粘土；(b)形成所述粘土的含水懸浮體；(c)反絮凝所述含水懸浮體；(d)在堿性條件下將還原劑添加到所述反絮凝含水懸浮體中。
37.權利要求36的方法，進一步包括(e)添加高分子量聚合物以便選擇性地絮凝所述粘土懸浮體；(f)使所述絮凝粘土產品與所述懸浮體的殘余部分分離；(g)再分散(f)的分離粘土，以便形成反絮凝粘土產品，該產品具有比(c)的反絮凝含水懸浮體更高的固體顆粒含量重量百分率；(h)任選地進一步對所述反絮凝粘土產品進行脫水或干燥。
38.權利要求1的方法，其中在(e)中涉及的所述高分子量聚合物是一種丙烯酰胺或丙烯酸酯的聚合物。
39.一種權利要求1的方法的產品。
40.一種權利要求10的方法的產品。
41.一種權利要求37的方法的產品。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高嶺土粘土的精選和脫水的改進方法。改進方法制得的產品是一種發(fā)亮的脫水高嶺土，它適合用在顏料和紙用涂料組合物中。這改進的精選方法提供精制的高嶺土，用作顏料和用作與現(xiàn)有方法制備的高嶺土相同的或更優(yōu)的其它用途，但是由于采用的操作步驟和所用物質都較少，所以顯著地節(jié)省了費用和環(huán)境。
文檔編號B03D3/00GK1555347SQ02818035
公開日2004年12月15日 申請日期2002年9月12日 優(yōu)先權日2001年9月14日
發(fā)明者R·J·普魯特, J·原, C·R·L·戈利, M·J·加斯卡, L 戈利, R J 普魯特, 加斯卡 申請人:英默里斯顏料公司