FI65552C - Framstaellningsfoerfarande foer mineralfyllaemnen genom vaotfinfoerdelning - Google Patents

Description

χ 65552

Mineraalitäyteaineiden valmistusmenetelmä märkähienontamalla - Framställningsförfarande för mineralfyllämnen genom vät-finfördelning

Oheisen keksinnön kohteena on menetelmä valmistaa märkähienontamalla mineraalitäyteaineita, erityisesti luonnonkalsium-karbonaatteja, jolloin osasista 70 - 80 * tai enemmän on < 1 pm, mutta korkeintaan 15 % osasista on < 0,2 pm.

Märkää tietä tapahtuvat mineraaliaineiden, erityisesti luon-nonkalsiumkarbonaattien hienontamismenetelmät ovat peräisin kahdesta vanhastaan tunnetusta menetelmästä. Näistä vähemmässä menetelmässä vesisuspensiota pienennetään vaakasuorassa kuula-myllyssä ja karkeimmat osaset erotetaan sentrifugoimalla. Tämä, usealle mineraaliaineella (kalsiumkarbonaatti ja kaoliini) käytetty menetelmä on yksityiskohtaisesti kuvattu esimerkiksi patenttijulkaisussa US-PS 2.323.550. Lopputuote saadaan hienojakoisena sentrifugointijakeena. Tämän jälkeen vesisuspensio suodatetaan ja tuote kuivataan tunnetuilla menetelmillä.

Tässä kuulamyllyjen avulla tapahtuvassa hienontamismenetelmäs-sä ei tarvitse käyttää dispergointiaineita, koska saadut hie-nousasteet eivät ole kovin korkeita ja koska hajotusvaiheessa ei tarvitse toimia korotetuissa kuivainkonsentraatioissa, jotka eroaisivat sentrifugoitaessa. Jauhetun tuotteen konsent-raatio on tässä tapauksessa alle 60 %.

Tämän menetelmän haittana on rajoittunut hienous, sillä esimerkiksi luonnonkalsiumkarbonaatilla voidaan taloudellisesti päästä vain tuotteisiin, joissa 40 - 50 paino-% osasista on pienempiä kuin 2 um ja 20 - 25 paino-% osasista pienempiä kuin 1 pm. Tällä hienousasteella ei tällaisia kalsiumkarbonaatteja voi kuitenkaan käyttää mainittavia määriä paperinpäällystyk-sessä.

2 65552

Kun hienontamista tulee käyttää korkeampien, yli 60 %, kuiva-ainekonsentraatioiden yhteydessä, ja kun on vältettävä osasten myöhempi luokittelu, käytetään dispergointiaineita, esimerkiksi polyfosforihapon, polypiihapon, polyakryyli- tai polymetakryylihapon suoloja tai alkyyliaryylisulfonaattien, lignosulfonaattien, alginaattien jne. tapaisia tuotteita.

Nämä aineet alentavat vesiliuosten viskositeettia ia helpottavat kiinteiden osasten dispergoitumista. Vastaava menetelmä on jo kuvattu patenttijulkaisussa GB-PS 1.215.576.

Uudemmassa menetelmässä märkää tietä tapahtuva hienontaminen suoritetaan mikrokuulilla tai helmillä tai hiekalla varustetuissa hienontamislaitteissa, joiden akselit on asetettu yleisesti ottaen pystysuoraan ja jossa hienonnuskappaleiden halkaisija on suuruusluokka-alueella 0,5 - 5 mm, päinvastoin kuin edellisessä menetelmässä käytetyissä kuulamyllyissä, joissa kuulien halkaisija on 20 - 80 mm.

Tällaisten hienontamislaitteiden käyttämisellä on mahdollista pääsä korkeampiin hienousasteisiin kuin kuulamyllyillä. Siten on mahdollista päästä hienouteen, jossa 95 paino-% osasista on alle 2 pm, 70 - 80 paino-% osasista on alle 1 um ja 25 - 35 paino-% osasista on alle 0,2 pm. Vesiliuosten viskositeetit ovat tällöin sellaisia, että viskositeetin alentamiseksi on pakko käyttää dispergointiaineita. Tämän menetelmän haittana on, että samalla kun niiden osasten, jotka ovat pienempiä kuin 1 pm, prosentuaalinen määrä kasvaa, kasvaa vastaavasti myös erittäin hienojakoisten osasten prosentuaalinen määrä, eli osasten jotka ovat pienempiä kuin 0,2 pm (25 - 35 %). Niiden kaikkein hienojakoisimpien osasten käyttö on haitallista liitupaperissa ja väreissä (kts. DE-OS 28 08 425). Ranskalaisessa patenttihakemuksessa 78.307 23, jäytetty 30.10.78, on kuvattu paperin päällystäminen, jossa ainoana pigmenttinä käytetään luonnonkalsiumkarbonaattia ja jossa päällystysmene- 65552 3 telmässä käytetään suuria konsentraatioita.

Saksalaisessa patenttihakemuksessa P 29 43 652.0-43 on kuvattu mineraalitäyteaineita, joissa suhde % < 1 pm R % < 0,2 pm on suurempi kuin 3,5 ja parhaiten välillä 4 ja 10. Tällöin on huomattava, että niiden osasten, jotka ovat pienempiä kuin 0,2 pm, prosentuaalisen määrän tulee olla mahdollisimman pieni ja että niiden osasten, jotka ovat pienempiä kuin 1 pm, prosentuaalisen määrän tulee olla mahdollisimman suuri.

Edelleen julkaisusta FR-A 2.347.417 * DE-A 2.715.721 on tunnettu menetelmä valmistaa ultrahienoa kalkkilieteliitua, joka on käyttökelpoista täyteaineena ja jossa ei ole kovia kuluttavia osasia.

Yllä mainitun julkaisun tehtävänä on luoda parannetut täyteaineet polymeeripohjäisille massoille, kuten muovi- ja kautsu-massoille, esimerkiksi polyvinyylikloridimassoille, sekä luoda paperin tai vastaavien päällystämistä varten massoja, jotka täyteaineina sisältävät hienoksi jauhettua kalkkilieteliitua, missä vähintään 95 paino-%:lla osasista on kuulaekvivalentti-halkaisija korkeintaan 5 pm ja vähintään 40 paino-%:lla, ja sopivimmin 70 paino-%:lla, osasista on kuulaekvivalenttihalkai-sija korkeintaan 2 pm ja korkeintaan 0,5 paino-%:lla osasista on kuulaekvivalenttihalkaisija yli 10 pm, sopivimmin 5 pm (sivu 9, kappale 2).

Tämän tehtävän ratkaisuna on, että kalkkilieteliitu jauhetaan vesisuspensiossa jauhatusaineella, joka oleellisesti muodostuu kalsiumkarbonaatista, joka kyseisessä muodossa omaa puristus- 4 65552 lujuuden, joka on suurempi kuin lieteliidun.

Lopuksi julkaisusta FR-A 2.272.154 on tunnettu menetelmä paperissa käytettävien synteettisten Na-Al-silikaattien optisten ominaisuuksien parantamiseksi. Helmimyllyperiaatteen mukaan nämä Na-Al-silikaatit jauhetaan 1-2 mm:n lasikuulien avulla kuiva-ainepitoisuudella 10 - 40.

Menetelmän käyttöä kuvataan vain synteettisille mineraaleille. Synteettisten Na-Al-silikaattien yhteydessä kyse ei ole varsinaisesta hienojauhatuksesta, vaan aggregaattiosien vähentämisestä valmiissa tuotteessa. Tällöin luonnollisesti saavutetaan hieman parempi hienous, mikä paperissa käytettynä antaa paremmat optiset ominaisuudet.

Oheisen keksinnön tehtävänä on tuoda esiin menetelmä valmistaa mineraalitäyteaineita, erityisesti luonnonkalsiumkarbonaattia, joka sisältää mahdollisimman suuren määrän osasia, jotka ovat pienempiä kuin 1 pm (70 - 80 % ja yli), ja mahdollisimman pienen määrän heinojakoisimpia osasia, jotka ovat pienempiä kuin 0,2 pm (enintään 15 S).

Keksinnön tavoitteena on edelleen voida valmistaa suspensioita, joissa kuiva-aineen konsentraatiot ovat erittäin suuret, so. 80 % asti, mikä on suuri etu, kun paperia päällystetään menetelmällä, nk. HCS-menetelmällä, jossa kuiva-aineen konsentraatiot ovat korkeita.

Nämä tavoitteet saavutetaan keksinnön mukaisesti siten, että hienontaminen suoritetaan ilman dispergointiainetta ia kuiva-ainekonsentraatiolla alle 60 paino-%, että hienonnettu suspensio suodatetaan ja noin 20 % vettä sisältävä suodoskakku joko kuivataan tai dispergointiainetta lisäämällä muunnetaan suspensioksi, jolla on pienempi viskositeetti.

5 65552

Keksinnön mukaisesti on todettu, että hienonnusvaiheen kuiva-ainekonsentraatio vaikuttaa voimakkaasti erittäin hienojen tai kaikkein hienompien osasten (pienempiä kuin 0,2 pm) muodostumiseen hienonnulaitteessa, joka on varustettu mikrokappaleilla. Mitä pienempi on luonnonkalsiumkarbonaat-tisuspension kuiva-ainekonsentraatio, sitä korkeampi on suhde % osasista < 1 nm % osasista < 0,2 pm Tämä sääntö on voimassa kaikilla mineraalitäyteaineilla, esimerkiksi luonnonmaa-alkalikarbonaateilla, riippumatta siitä, onko kyseessä liitu, kokoliitti, marmori tai dolomiitti. Tämä asiantila on osoitettu seuraavassa taulukossa I.

Taulukko I

Luonnon kalkkisälvän hienontaminen

Kuiva-ainekon- % < χ sentraatio % osasista % osasista R - hienonnuksessa_< 1 μι»_< 0,2 um_% < 0,2 pm 76 % 73,5 28 2,62 72 % 73 26 2,81 70 % 75 24 3,12 65 % 72,5 18 4,01 55 % 73 15 4,86 40 % 74 9 8,22 30 % 72,5 7 10,35

Taulukko osoittaa, että osasten, jotka ovat pienempiä kuin 1 um, prosentuaalisen osuuden pysyessä lähes vakiona (välillä 72,5 ja 74 %) niiden osasten, jotka ovat pienempiä kuin 0,2 pm, prosentuaalinen osuus on sitä pienempi, mitä alhaisempi on itse hienonnetun suspension kosentraatio. Suhde S 65552 % < 1 pm % < 0,2 pm kasvaa 2r62:sta 10,35:een. Jotta päästäisiin luonnonkalsium-karbonaatin vesisuspensioihin, jotka sisältävät kuiva-ainetta 72 - 76 % tai enemmän, kuten on tarpeen liitupaperiteollisuu-dessa, ja joiden hienousasteessa noin 70 - 75 % osasista on alle 1 pm, dispergointiainetta (esimerkiksi polyakrvylihappoien aikaiisuola-tyyppiä) on käytettävä, jotta saataisiin jauhemaista kalsiumkarbonaattia, suurin osa tästä disperqointiaineesta menee hukkaan.

Keksinnön mukaisesti on todettu, että päinvastoin kuin tavanomaisissa menetelmissä hienontaminen on mahdollista ja edullista suorittaa ilman dispergointiainetta, esimerkiksi seuraa-vassa kuvatun suoritusesimerkin mukaisesti:

Suoritusesimerkki:

Luonnonkalsiumkarbonaatista (liitu tai kalkkisälpä), joka on esihienonnettu, so. joka sisältää esimerkiksi 1-10 paino-% osasia, jotka ovat suurempia kuin seulakoko 325 (silmäkoko 43 pm), valmistetaan vesisuspensio. Esihienonnetun aineen hienousaste ei ole kovinkaan tärkeä, koska riittää, että tämän jälkeen tapahtuvan hienonnusvaiheen aika tai teho säädetään vastaavasti.

Hienonnettavan suspension kuiva-ainekonsentraatio valitaan siten, että suspension viskositeetti mahdollistaa ilman dispergointiainetta aineen hyvän virtauksen kuulilla toimivassa hie-nonnuslaitteessa niin, että lopputuotteella saadaan haluttu hienous. Valitaan kuiva-ainekonsentraatio, joka on sitä alhaisempi, mitä korkeampi on haluttu suhde 7 65552 % < 1 pm R » - % < 0,2 μτη

Se voi olla siten välillä 25 ja 60 % kuiva-ainetta. Tätä suspensiota hienonnetaan ilman dispergointiainetta mikrokappaleil-la varustetussa hienonnuslaitteessa, jonka toiminta on epäjatkuvaa tai jatkuvaa, yhdellä läpivirtauksella tai parhaiten kierrättämällä epäjatkuvasti, kunnes saadaan haluttu hienous.

Keksinnön eräs tunnusmerkki on siten hienonnuksen aikaansaaminen käyttämättä dispergointiainetta mutta riittävän alhaisella viskositeetilla, so. alhaisella kuiva-ainekonsentraatiolla, jolloin hienonnuslaitteessa voidaan käyttää halkaisijaltaan pieniä jauhinkappaleita, mikä on edullista jauhatussaannon kannalta. Käytetään esimerkiksi kuulia, joiden keskimääräinen halkaisija on 0,4 - 3 mm. Voidaan käyttää kuulia, jotka ovat lasista, Ottawa-hlekasta, Buzzard-Leighton-hiekasta tai alumiinioksidi- tai sirkonoksidikuulia. Haittana on kuitenkin tällöin se, että on vaikea välttää jauhinkuulien tempautuminen lopputuotteen mukana. Keksinnön mukaisesti tämä vaikeus vältetään siten, että suspension kuiva-ainekonsentraatio lasketaan, so. viskositeettia pienennetään.

Sen jälkeen, kun kalsiumkarbonaattisuspensio on hienonnettu ilman dispergointiainetta, tuote suodatetaan suodatinpuristi-messa, putkisuodattimessa, kangassuodattimessa, rakosuodatti-messa tai tyhjösuodattimessa, jolloin saadaan suodoskakku tai suodospasta, joka sisältää noin 20 % vettä, mikä olisi mahdotonta käytettäessä dispergointiainetta sisältäviä suspensioita.

Saatu suodoskakku voidaan tämän jälkeen joko kuivata tai lisäämällä dispergointiainetta muuntaa suspensioksi, jolla on alhaisempi viskositeetti. Ensiksi mainitussa tapauksessa kuivaus β 65552 tapahtuu tavalliseen tapaan. Tällöin saadaan jauhemaista tuotetta, joka ei sisällä disperqointiainetta, mikä on tärkeä etu valmistuskustannusten kannalta. Jälkimmäisessä tapauksessa riittää, kun halutaan saada nestemäisessä muodossa toimitettava lopputuote, että saadaan halutun viskositeetin omaava neste. Tämä toimenpide suoritetaan jakuvassa sekoittimessa, ruuvikul-jettimessa tai muutta käsittelylaitteessa.

On osoittautunut, että toimittaessa keksinnön mukaisesti tarvitaan tiettyä tuotetta varten vähemmän disperqointiainetta kuin jos tämä lisättäisiin hienonnusvaiheessa. Dispergointi-aineen säästö on suuruusluokkaa 20 %.

Julkaisun PR-A- 2.347.417 = DE-A 2.715.721 esimerkissä 1 lähdetään kuiva-ainepitoisuudesta 43,7 paino-% ja mitään disper-gointiainetta ei käytetä. Siitä ei kuitenkaan tavallinen ammattimies saa oppia keksinnön mukaisesti kolmeen tunnusmerkkiin perustuvaa teknistä käsittelyä varten. Pikemminkin tässä julkaisussa on puhdas sattuma, että esimerkissä käytetään 43,7 paino-% kuiva-ainetta, mikä on alle 60 % ja että disperqointiainetta ei mainita. Ranskalaisen julkaisun sivulla 5 riveillä 20 - 33 menetelmän selityksessä mainitaan, että märkäjauhatuksessa lisätään tavallisesti disperqointiainetta, jotta voidaan jauhaa suurella kuiva-ainepitoisuudella. Nämä lienevät kaksi tärkeää tunnusmerkkiä toimivalle märkäjauhatukselle. Tavallinen ammattimies suorittaa tämänmukaisesti siten märkäjauhatuksen suurella kuiva-ainepitoisuudella käyttäen dispergointi-aineita.

Tämä julkaisu ei anna tavalliselle ammattimiehelle mitään viitteitä siitä, että märkäjauhatus tulee tietoisesti suorittaa ilman dispergointiaineita ja alhaisella kuiva-ainepitoisuudella ja että tällöin voidaan saada tuotteita, joilla on erikoisominaisuuksia, kuten oheisessa hakemuksessa on selostettu.

9 65552

Myöskään julkaisusta FR-A 2.272.154 ei tavallinen ammattimies saa oppia, että märkäjauhatus on suoritettava tietoisesti ilman dispergointiaineita ja alhaisella kuiva-ainepitoisuudella, jotta oheisessa hakemuksessa esitetyt suotuisat ominaisuudet saavutettaisiin.

Keksinnön mukaisesti saavutetut edut voidaan koota seuraavasti: 1. Saadaan tuotteita, joilla suhde % < 1 um % <0,2 pm on erittäin korkea, erityisesti yli 3,5, so. esimerkiksi 85 % osasista on pienempiä kuin 1 pm 10 % tai vähemmän osasista on pienempiä kuin 0,2 pm, mikä tähän mennessä tunnetuilla luonnonkalsiumkarbonaatille tarkoitetuilla menetelmillä ei ole ollut mahdollista.

2. Saadaan jauhemaisia tuotteita ilman dispergointiaineita.

3. Saadaan väkevöityjä suspensioita, joiden konsentraatio on 75 - 80 paino-% tai yli ja jotka sisältävät minimaalisen määrän dispergoitiainetta.

Claims (3)

65552 ίο

1. Menetelmä valmistaa märkähienontamalla mineraalitäyteaineita, erityisesti luonnonkalsiumkarbonaatteja, jolloin osasista 70 - 80 % tai enemmän on < 1 pm, mutta korkeintaan 15 % osasista on < 0,2 pm, tunnettu siitä, että hienontaminen suoritetaan ilman dispergointiainetta ja kuiva-ainekonsentraatiolla alle 60 paino-%, että hienonnettu suspensio suodatetaan ja noin 20 % vettä sisältävä suodoskakku joko kuivataan tai lisäämällä dispergointiainetta muunnetaan suspensioksi, jolla on pienempi viskositeetti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään jauhatuskappaleita, joilla on pieni halkaisija, parhaiten 0,4 - 3 mm.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että valmistetaan suspensioita, jotka sisältävät kuiva-ainetta 80 % tai enemmän.