專利名稱：高嶺土顏料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地，本發(fā)明涉及以簡化的加工流程由相同的粗高嶺土制造兩種不同等級的高嶺土顏料。特別地，本發(fā)明涉及僅在實施實質(zhì)性加工之后分開地制造兩種不同等級的高嶺土顏料。
背景技術(shù)：
高嶺土是精細(xì)的、由含鋁礦物(作為長石)的風(fēng)化形成的通常為白色的粘土，主要由高嶺石組成。高嶺石通常由一種或多種化學(xué)式Al4Si4O10(OH)8、Al2O3·2SiO2·2H2O、和/或Al2Si2O5(OH)4表示?，F(xiàn)在高嶺土是許多被開采的工業(yè)礦物之一。在喬治亞州(美國)、埃及、巴西、英國、昆士蘭州(澳大利亞)、韓國、中國和烏克蘭都發(fā)現(xiàn)了其儲藏。
一般而言，由于許多高嶺石性能的改變，來自不同國家的高嶺土、和即使在同一國家內(nèi)不同礦床的高嶺土在許多方面都不同。這些性能的例子包括結(jié)晶度、粗糙度、亮度、其它化合物如二氧化鈦和氧化鐵的含量、顆粒度、顆粒形狀、大小和/或形狀分布。性能的變化導(dǎo)致所得高嶺土產(chǎn)品性能的差異。例如，結(jié)晶度影響所得產(chǎn)品的亮度、白度、不透明度、光澤以及粘度。應(yīng)當(dāng)注意，不透明度和光澤是應(yīng)用性能參數(shù)，而其它所列出來的參數(shù)是顏料特性參數(shù)。顆粒度、形狀和分布影響所得產(chǎn)品的光滑度、光學(xué)性能和流動性能。光滑度和光學(xué)性能是應(yīng)用性能參數(shù)，而流動性能是顏料特性參數(shù)。
對基于高嶺土的產(chǎn)品最大的需要來自造紙工業(yè)，其中使用它們來涂布和填充紙和板。然而，基于高嶺土的產(chǎn)品包括油漆、農(nóng)業(yè)用組合物、玻璃纖維產(chǎn)品、聚合物和橡膠組合物、陶瓷應(yīng)用、催化劑載體、藥物、化妝品、電子元件、粘合劑、助濾劑和其它多種產(chǎn)品。具有不同性能的一定等級的高嶺土適于選擇應(yīng)用。因此，為了最大化所得高嶺土等級的質(zhì)量，使高嶺土粗品進(jìn)行產(chǎn)生特定需要等級高嶺土的處理。而且，當(dāng)制造某些所需等級高嶺土?xí)r通常選擇特別標(biāo)識的高嶺土，以最大化高嶺土等級的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
下面給出本發(fā)明的簡化概要以提供本發(fā)明某些方面的基本理解。該概要不是本發(fā)明廣泛的綜述。它既不是辨別本發(fā)明的主要或關(guān)鍵元素也不描繪本發(fā)明的范圍。相反地，該概要唯一的目的是以簡化的形式表明本發(fā)明的一些觀點作為下文所示更詳細(xì)描述的前奏。
本發(fā)明提供由單一的高嶺土粗品制造兩種不同等級高嶺土的簡便方法。因此，本發(fā)明消除了使用單獨方法來制造單獨等級的高嶺土顏料的需要。本發(fā)明也減輕了在單獨方法中利用具有不同特性的不同初始粗品制造單獨等級的高嶺土顏料的需要。
本發(fā)明的一個方面涉及處理高嶺土的方法，其涉及到除砂(degritting)含有大量灰色高嶺土的高嶺土粗品，使除砂過的高嶺土粗品進(jìn)行浮選，臭氧化高嶺土，離心高嶺土以提供粗糙物流和精細(xì)物流，將粗糙物流精制成粗糙工程(engineered)高嶺土顏料，并將精細(xì)物流精制成精細(xì)上光高嶺土顏料。本發(fā)明的另一方面涉及具有任選實時反饋的自動處理高嶺土的系統(tǒng)和方法。
為了實現(xiàn)前述和相關(guān)目的，本發(fā)明包括下文全面描述以及權(quán)利要求中特別指出的特征。下面的描述和附圖詳細(xì)地列出了本發(fā)明的一些說明性方面和實施。然而，這些僅表現(xiàn)出其中可應(yīng)用本發(fā)明原理的各種方式中的幾種。結(jié)合考慮附圖，從本發(fā)明的以下詳細(xì)描述中本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和新穎的特征會是明顯的。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明處理高嶺土的系統(tǒng)和方法的一個方面的流程圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明處理高嶺土的系統(tǒng)和方法的另一個方面的流程圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明自動處理高嶺土的系統(tǒng)的一個方面的示意圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明的方法能夠由單一的高嶺土粗品制造兩種不同等級的高嶺土。這兩種不同等級的高嶺土包括粗糙工程高嶺土顏料和精細(xì)上光高嶺土顏料。粗糙工程高嶺土顏料特征在于低表面積，至少80重量％的顆粒具有約2微米或更小的尺寸和窄的顆粒度分布。精細(xì)上光高嶺土顏料特征在于高亮度、優(yōu)異的高剪切粘度，至少80重量％的顆粒具有約1微米或更小的尺寸，且至少95重量％的顆粒具有約2微米或更小的尺寸。
本發(fā)明的方法涉及到使高嶺土粗品以順序的方式進(jìn)行除砂、浮選、臭氧化，然后高速離心，以提供兩種分開的高嶺土流。在高速離心之后，可以實施低速離心操作。代替高速離心之后的低速離心操作的單獨任選的低速離心操作可以在浮選之前實施。獨立地處理這兩種分開的高嶺土流以產(chǎn)生粗糙工程高嶺土顏料和精細(xì)上光高嶺土顏料。以列出的順序?qū)嵤┑捻樞虻某?、浮選、臭氧化和離心方式，但是在這四種順序操作之前、過程中和/或之后可以實施任選地實施其它操作。
可進(jìn)行本發(fā)明方法的高嶺土粗品含有大量的灰色或硬高嶺土，少量的精細(xì)白高嶺土和小量的非高嶺土顆粒。非高嶺土顆粒包括二氧化鈦、石英、各種含鐵礦物質(zhì)、云母和非高嶺土的粘土如膨潤土和硅鎂土。大量包括至少50重量％，少量包括低于50重量％，小量包括低于10重量％。另外的實施方式中，高嶺土粗品含有至少約60重量％的灰色或硬高嶺土和低于約40重量％的精細(xì)白高嶺土。在還另外的實施方式中，高嶺土粗品含有至少約70重量％的灰色或硬高嶺土和低于約30重量％的精細(xì)白高嶺土。
高嶺土粗品含有這樣的顆粒，其中至少約70重量％的顆粒具有約2微米或更小的顆粒度，至少約30重量％的顆粒具有約0.3微米或更小的顆粒度，二氧化鈦含量為約1重量％到約3重量％，表面積為至少約18m2/g。在另外的實施方式中，高嶺土粗品含有這樣的顆粒，其中至少約80重量％的顆粒具有約2微米或更小的顆粒度，至少約35重量％的顆粒具有約0.3微米或更小的顆粒度，二氧化鈦含量為約1.5重量％到約2.5重量％，表面積為至少約20m2/g。
在處理高嶺土粗品之前，通過混合高嶺土粗品與水，以及任選的分散劑，可形成淤漿。本發(fā)明的一個優(yōu)點是在分離不同高嶺土等級的單獨流之前可不需要分散劑。因此，在一個實施方式中，直到分離不同高嶺土等級的單獨流時才使用分散劑。
分散劑可以是有機(jī)分散劑或者無機(jī)分散劑。無機(jī)分散劑典型地包括磷酸鹽。磷酸鹽的例子包括無機(jī)聚磷酸鹽和焦磷酸鹽(其實際上是一類聚磷酸鹽)，如六偏磷酸鈉(SHMP)、三聚磷酸鈉(STPP)和焦磷酸四鈉(TSPP)。
有機(jī)分散劑典型地包括基于氨的分散劑、磺酸鹽分散劑、羧酸分散劑和聚合物分散劑如聚丙烯酸鹽分散劑，還包括常規(guī)用于高嶺土顏料處理中的其它有機(jī)分散劑。
首先使高嶺土粗品進(jìn)行除砂。高嶺土粗品作為含有砂礫的礦石而存在，砂礫包括相當(dāng)大的顆粒。砂礫是不希望的，因此被除去。所得除砂過的高嶺土粗品主要由通常具有寬范圍尺寸高嶺土顆粒組成，所述范圍在從礦泥(比0.3微米更精細(xì))到高達(dá)約15微米的范圍內(nèi)。
利用篩子、沙箱、重力沉降或水力旋流器中的一種或多種以常規(guī)的方式實施除砂。可以使用濕或干除砂。例如，通過混合粗高嶺土與水并使淤漿化的混合物通過篩子如325目的篩子或者200目的篩子，可實施除砂。任選地，將粘土分散劑添加到淤漿中以提供額外的流動性從而便于除砂處理。粘土分散劑的例子包括基于氨的分散劑、基于磷酸鹽的分散劑、磺酸鹽分散劑、羧酸分散劑以及聚合物分散劑，如聚丙烯酸鹽分散劑，還包括用于高嶺土顏料處理的其它有機(jī)分散劑。用于淤漿中的分散劑的數(shù)量典型地在約0.01％至約1％，基于粗高嶺土的重量。
除砂粗高嶺土之后，使所得除砂過的粗高嶺土進(jìn)行浮選。浮選用于將二氧化鈦含量降低到低于約1重量％和/或?qū)⒀趸F含量降低到低于約1.5重量％。在另外的實施方式中，浮選將二氧化鈦含量降低到低于約0.7重量％和/或?qū)⒀趸F含量降低到低于約1.25重量％。在還另外的實施方式中，浮選將二氧化鈦含量降低到低于約0.5重量％和/或?qū)⒀趸F含量降低到低于約1重量％。在仍然還另外的實施方式中，浮選將二氧化鈦含量降低到低于約0.4重量％和/或?qū)⒀趸F含量降低到低于約0.75重量％?？稍诟∵x之前離心除砂過的粗品以控制顆粒度分布，使得隨后的高速離心操作產(chǎn)生不需要另外離心操作的理想粗顆粒度分布。
以任何常規(guī)的方式包括濕浮選、超細(xì)粒浮選、泡沫浮選、TREP浮選(二氧化鈦的除去及提取過程)等來實施浮選。Mathur，S.的“KaolinFlotation”，Journal of Colloid and Interface Science，256，153-158頁，2002中描述了一般的浮選方法，在此引入該文獻(xiàn)作為這方面的參考。超細(xì)粒浮選涉及到使用具有脂肪酸的顆粒試劑和所選擇的浮選油以從不純的粘土的淤漿中除去二氧化鈦。超細(xì)粒浮選的一個特性是回收提純過的高嶺土作為隨后被脫水的稀釋淤漿。泡沫浮選是基于在礦物質(zhì)中的差異通過將某些礦物顆粒與淤漿中的其它顆粒分離開來起作用。該處理一般依賴于添加選擇性地附著在被浮選礦物顆粒上的試劑，借此具有附著試劑的顆粒與其它顆粒相比對氣泡具有更強的親和力并可作為泡沫被除去。TREP浮選涉及到利用收集器和金屬鹽在高強度研磨機(jī)中修整(condition)高嶺土，所述收集器如脂肪酸收集器、塔羅油收集器、或者h(yuǎn)ydroxamate收集器。接下來加入分散劑，如丙烯酸鹽分散劑。任選地，也可單獨或者與浮選一起使用磁性分離或選擇性絮凝以改進(jìn)亮度。
可在任何適當(dāng)?shù)墓腆w含量、pH和溫度下利用除砂過的高嶺土粗品與水的淤漿來實施浮選。在一個實施方式中，在浮選期間滿足至少一個下列參數(shù)固體含量為從約10％到約50％，pH為約5到約11，溫度為約10℃到約90℃。在另外的實施方式中，在浮選期間滿足至少一個下列參數(shù)固體含量為從約20％到約40％，pH為約6到約10，溫度為約20℃到約60℃。
浮選之后，使進(jìn)行過處理的高嶺土進(jìn)行臭氧化。臭氧化涉及使用臭氧來氧化漂白，以便漂白可能存在的成分，如有機(jī)脫色物。臭氧不僅破壞脫色有機(jī)物的大部分，也通過氧化破壞有機(jī)分散劑，如果這種化合物存在的話。然而，臭氧不破壞無機(jī)分散劑。
以任何適當(dāng)?shù)姆绞綄嵤┏粞趸?。例如，以每噸高嶺土約0.1到約20磅的劑量實施臭氧化。在另外的實施方式中，以每噸高嶺土約0.5到約10磅的劑量實施臭氧化。臭氧可用作可向上通過淤漿的氣泡流。這可以是分批處理或者連續(xù)處理，其中在管中或者其它導(dǎo)管如混合和填充柱中臭氧氣泡逆流通過淤漿流。
臭氧化之后，使臭氧化過的高嶺土進(jìn)行任選的分層。分層可涉及到濕研磨、淤漿研磨、濕磨碎等。這些分層過程涉及到使用研磨介質(zhì)和水。高嶺土與研磨介質(zhì)和水混合以形成淤漿并如通過泵等傳送通過分層設(shè)備。典型地，分層期間淤漿中的高嶺土固體是約5重量％到約50重量％。
臭氧化之后，使用高速離心來使臭氧化過的高嶺土分離成兩個流。注意在除砂、浮選和臭氧化之后實施高速離心。離心將臭氧化過的高嶺土分離成粗糙物流(至少約70重量％的顆粒具有2微米或更小的尺寸)和精細(xì)物流(至少約80重量％的顆粒具有1微米或更小的尺寸)。在另外的實施方式中，粗糙物流中至少約80重量％的顆粒具有2微米或更小的尺寸，精細(xì)物流中至少約85重量％的顆粒具有1微米或更小的尺寸。在還另外的實施方式中，粗糙物流中至少約90重量％的顆粒具有2微米或更小的尺寸，精細(xì)物流中至少約90重量％的顆粒具有1微米或更小的尺寸。
本文中指的所有顆粒度都是通過常規(guī)的沉降技術(shù)利用Micromeretics，Inc.的SEDIGRAPH(R)5100分析儀分析確定的。微米的尺寸被稱作”e.s.d.”(當(dāng)量球形直徑)。顆粒淤漿化在具有分散劑的水中并經(jīng)由檢測器攪拌泵送以分散松散的聚集體。
可以進(jìn)行兩次離心，但一次離心處理是在臭氧化之后立即高速離心處理。通過在高速離心處理之后使粗糙物流進(jìn)行第二次離心處理或者通過在浮選之前實施另外的離心處理，可實施第二次離心處理。通過使來自第二次離心處理的粗糙物流進(jìn)行第三次離心處理，然后使第三次的精細(xì)物流與第一和第二次的精細(xì)物流混合，可以進(jìn)行三次離心。
在高速離心處理中，可以在“g”力為從約2000以上到約10000來操作離心機(jī)，而在低速離心處理中，可以在“g”力為約200到約2000來操作離心機(jī)。在另外的實施方式中，在高速離心處理中，可以在“g”力為從約2500到約7500來操作離心，而在低速離心處理中，可以在“g”力為約500到約1750來操作離心。在還另外的實施方式中，在高速離心處理中，可以在“g”力為從約3000到約5000來操作離心，而在低速離心處理中，可以在“g”力為約800到約1500來操作離心。離心機(jī)的例子包括Bird無孔轉(zhuǎn)鼓機(jī)器(Bird solid bowl machine)，Alfa Laval噴嘴轉(zhuǎn)鼓高速離心機(jī)，臥式三相離心機(jī)等。
然后使粗糙物流進(jìn)行精制，這涉及到至少一種漂白、過濾、膨脹(bulking)、噴霧干燥和混合。一般而言，漂白涉及到增加高嶺土的亮度。漂白包括用適當(dāng)數(shù)量的一種或多種亞硫酸氫鹽(連二硫酸鹽)鹽、高錳酸鉀、氧氣、堿金屬重鉻酸鹽、堿金屬氯化物、堿金屬亞氯酸鹽、過硫酸銨和可溶的過氧化物如過氧化鈉和過氧化氫、次氯酸鈉等接觸粗糙的高嶺土流。
過濾可用于增加固體含量(例如增加固體含量到約55％或更高)。在某些情況下增加固體含量改進(jìn)隨后噴霧干燥操作的效率?？梢匀魏芜m當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行過濾，典型地利用滾筒式真空過濾機(jī)來進(jìn)行過濾。
噴霧干燥粗糙的高嶺土以降低粗糙的高嶺土的水分含量。干燥粗糙的高嶺土可促進(jìn)隨后的任選的熱處理。一個實施方式中，在干燥之后粗糙的高嶺土具有低于約1.5重量％的水分含量。在另外的實施方式中，在干燥之后粗糙的高嶺土具有低于約1重量％的水分含量。在還另外的實施方式中，在干燥之后粗糙的高嶺土具有低于約0.5重量％的水分含量。
混合涉及到將粗糙高嶺土與其它顆粒物質(zhì)如不同批次的高嶺土、二氧化鈦、其它粘土、碳酸鈣、煅燒高嶺土等混合在一起，以得到具有終端用戶或者后續(xù)用戶所需要性能的混合物。
粗糙高嶺土顏料產(chǎn)品具有許多理想的性能。例如，粗糙高嶺土顏料產(chǎn)品具有以下的一種或多種至少約95重量％的尺寸為5微米或更小的顆粒，至少約80重量％的尺寸為2微米或更小的顆粒，至少約20重量％的尺寸為0.3微米或更小的顆粒，約14到約20m2/g的表面積，約1重量％或更少的二氧化鈦，約1.5重量％或更少的氧化鐵，以及約85或更高的亮度。在另外的實施方式中，粗糙高嶺土顏料產(chǎn)品具有以下的一種或多種至少約96重量％的尺寸為5微米或更小的顆粒，至少約90重量％的尺寸為2微米或更小的顆粒，至少約25重量％的尺寸為0.3微米或更小的顆粒，約15到約19m2/g的表面積，約0.75重量％或更少的二氧化鈦，約1.25重量％或更少的氧化鐵，以及約87.5或更高的亮度。在還另外的實施方式中，粗糙高嶺土顏料產(chǎn)品具有以下的一種或多種至少約97重量％的尺寸為5微米或更小的顆粒，至少約95重量％的尺寸為2微米或更小的顆粒，至少約27重量％到約33重量％的尺寸為0.3微米或更小的顆粒，約16到約19m2/g的表面積，約0.5重量％或更少的二氧化鈦，約1重量％或更少的氧化鐵，以及約89或更高的亮度。
然后對精細(xì)物流進(jìn)行精制，這涉及到漂白、過濾、干燥和混合中的至少一種?？蓱?yīng)用過濾來使固含量增加到約55％或更高以改進(jìn)隨后噴霧干燥操作的效率?？梢匀魏芜m當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行過濾。漂白與粗糙物流相關(guān)聯(lián)進(jìn)行描述，為簡便起見不再重復(fù)。
對精細(xì)物流高嶺土實施干燥以部分降低高嶺土的水分含量以便促進(jìn)隨后的工序/處理。一個實施方式中，在干燥之后，精細(xì)物流高嶺土具有低于約1.5重量％的水分含量。在另外的實施方式中，精細(xì)物流高嶺土具有低于約1重量％的水分含量。在還另外的實施方式中，精細(xì)物流高嶺土具有低于約0.5重量％的水分含量。
混合涉及到將精細(xì)高嶺土與其它顆粒物質(zhì)如不同批次的高嶺土、二氧化鈦、其它粘土、碳酸鈣、煅燒高嶺土等混合在一起，以得到具有終端用戶或者后續(xù)用戶所需要性能的混合物。
精細(xì)上光高嶺土顏料產(chǎn)品具有許多理想的性能。例如，精細(xì)上光高嶺土顏料產(chǎn)品具有以下的一種或多種至少約80重量％的尺寸為1微米或更小的顆粒，至少約95重量％的尺寸為2微米或更小的顆粒，至少約97重量％的尺寸為5微米或更小的顆粒，約60％至約85％的尺寸為0.3微米或更小的顆粒，約21到約30m2/g的表面積，約0.75重量％或更少的二氧化鈦，約1.5重量％或更少的氧化鐵，約87.5或更高的亮度，以及約20達(dá)因/4400rpm或更小的高剪切粘度。在另外的實施方式中，精細(xì)上光高嶺土顏料產(chǎn)品具有以下的一種或多種至少約90重量％的尺寸為1微米或更小的顆粒，至少約97重量％的尺寸為2微米或更小的顆粒，至少約98重量％的尺寸為5微米或更小的顆粒，約65％至約80％的尺寸為0.3微米或更小的顆粒，約22到約29m2/g的表面積，約0.5重量％或更少的二氧化鈦，約1.25重量％或更少的氧化鐵，約90或更高的亮度，以及約15達(dá)因/4400rpm或更小的高剪切粘度。在還另外的實施方式中，精細(xì)上光高嶺土顏料產(chǎn)品具有以下的一種或多種至少約95重量％的尺寸為1微米或更小的顆粒，至少約99重量％的尺寸為2微米或更小的顆粒，至少約99.9重量％的尺寸為5微米或更小的顆粒，約70％至約75％的尺寸為0.3微米或更小的顆粒，約23到約28m2/g的表面積，約0.4重量％或更少的二氧化鈦，約1重量％或更少的氧化鐵，約91或更高的亮度以及約10達(dá)因/4400rpm或更小的高剪切粘度。
利用N2作為被吸附物通過本領(lǐng)域公認(rèn)的BET法來確定表面積?；蛘呃没贏STM D-1483-84的Gardner Coleman油吸附測試(測定每100克的高嶺土所吸附的油的克數(shù))來確定表面積。亮度測定是利用TAPPI標(biāo)準(zhǔn)方法，T524，來實施的，并被稱作“GE亮度”或者“GEB值”。
一般而言，可以在本發(fā)明的方法之前或之后應(yīng)用一種或多種常規(guī)的粘土處理步驟如壓碎、研磨、選擇性浮選、分層、磁性分離、絮凝物/過濾、熱處理等。
壓碎將高嶺石巖石降解為砂礫；即，直徑低于約10cm的高嶺石巖石。研磨涉及到處理粗高嶺土以得到理想的顆粒度分布?？赏ㄟ^干燥研磨、干燥球磨、干燥磨碎等來進(jìn)行研磨。
高嶺土含有天然分離的板狀高嶺土顆粒，以及“冊頁”，其包括高嶺土片晶的堆疊(stacks)。這些堆疊中集中了尺寸為約2或更大微米的顆粒。分層這些冊頁涉及到提供剛好足以使構(gòu)成冊頁的高嶺土片晶裂開的沖擊能，而不進(jìn)一步使高嶺土片晶斷裂。分層可涉及到濕研磨、淤漿研磨、濕磨碎等。這些任選的分層方法涉及到使用研磨介質(zhì)和水。高嶺土與研磨介質(zhì)和水混合在一起以形成淤漿并通過如泵抽等傳送通過分層設(shè)備。典型地，分層期間淤漿中的高嶺土固體為約5重量％到約50重量％。
可任選地使高嶺土進(jìn)行一種或多種熱處理。當(dāng)加熱高嶺土?xí)r，它經(jīng)受一系列特性變化，其可通過包括差示熱分析(DTA)的各種方法檢測得到。根據(jù)熱處理的溫度/持續(xù)時間，可使用熱處理以形成一種或多種偏高嶺土、部分煅燒高嶺土和煅燒高嶺土。在惰性氣氛、氧化氣氛和還原氣氛中的一種中進(jìn)行熱處理。
例如，在由約450℃加熱到約650℃足夠的時間后，高嶺土經(jīng)歷了強烈吸熱脫水反應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化成被稱為偏高嶺土的物質(zhì)。通過酸溶解性測試可方便地確定偏高嶺土狀態(tài)，因為粘土中的氧化鋁實際上完全溶于強的無機(jī)酸中。
煅燒破壞了含水高嶺土的結(jié)晶度且使得高嶺土基本上是無定形的。在約700到約1200℃范圍內(nèi)的溫度下加熱足夠的時間之后產(chǎn)生煅燒。
商用的立式的和臥式的回轉(zhuǎn)煅燒窯可用于制造偏高嶺土、部分煅燒高嶺土和/或煅燒高嶺土?？刂撇僮饕员苊庠谧銐蚋叩臏囟褥褵龔亩纬刹幌胍亩噤X紅柱石(3Al2O3·SiO2)。
參見圖1，顯示了高嶺土處理方法學(xué)10的不同方面的高層次示意圖。在操作12中，使高嶺土粗品除砂，從高嶺土粗品中除去相對大的顆粒。從高嶺土粗品中除去相對大的顆粒之后，操作14涉及到浮選以減少除砂過的高嶺土中二氧化鈦和/或氧化鐵中至少一種的數(shù)量。任選地，操作13涉及到低速離心，由此將高嶺土分離成兩種不同的等級/流，其中然后將精細(xì)物流送到浮選14并將粗糙物流送到混合26。操作16涉及到臭氧化高嶺土。在臭氧化之后，操作18涉及到高速離心高嶺土，由此將高嶺土分離成兩種不同的等級/流。任選地使由操作18產(chǎn)生的粗糙物流進(jìn)行操作22中的另外的低速離心，進(jìn)一步產(chǎn)生兩種不同的等級/流。在操作20中，使由操作18產(chǎn)生的精細(xì)物流進(jìn)行精制以制造精細(xì)上光高嶺土顏料。使來自操作18的粗糙物流和來自操作22的精細(xì)物流進(jìn)行精制以制造粗糙工程高嶺土顏料。使來自操作22的粗糙物流與其他材料進(jìn)行混合26。
參見圖2，顯示了高嶺土處理方法學(xué)30的不同方面的更詳細(xì)示意圖。在操作32中，使高嶺土粗品除砂，接下來通過涉及到浮選的操作34來減少除砂過的高嶺土中二氧化鈦和/或氧化鐵中至少一種的數(shù)量。操作36涉及到臭氧化高嶺土，然后操作38涉及到高速離心高嶺土，由此將高嶺土分離成兩種不同的等級/流；即粗糙物流和精細(xì)物流。任選地使由操作38產(chǎn)生的粗糙物流進(jìn)行操作40中的另外的低速離心，進(jìn)一步產(chǎn)生另外的粗糙物流和另外的精細(xì)物流。
在操作42中，使來自操作38的精細(xì)物流進(jìn)行漂白、過濾、干燥和/或操作42中的混合，以在操作44中制造精細(xì)上光高嶺土顏料。使來自操作38的粗糙物流和來自操作40的精細(xì)物流進(jìn)行漂白和過濾(在操作46中)。漂白和過濾過的高嶺土然后在操作48中進(jìn)行干燥從而在操作50中制造粗糙工程高嶺土顏料。
參見圖3，顯示描述了將高嶺土粗品處理成兩部分的系統(tǒng)60。該系統(tǒng)包括一種或多種62，浮選系統(tǒng)64，臭氧化系統(tǒng)66和連結(jié)到測試器70的離心系統(tǒng)68(高速和/或低速離心機(jī))以及控制器72。除砂系統(tǒng)62通過從高嶺土粗品中除去大沙礫來處理高嶺土，浮選系統(tǒng)64減少除砂過的高嶺土中二氧化鈦和氧化鐵的數(shù)量，臭氧化系統(tǒng)66臭氧化高嶺土處理流中的物質(zhì)，且離心系統(tǒng)68將兩種不同的高嶺土流彼此分離。測試器70可以是測量與高嶺土相關(guān)的至少一種參數(shù)(如顆粒度分布、亮度、白度、粗糙度、水分含量％、特定化學(xué)物質(zhì)如二氧化鈦的含量％等)或與除砂系統(tǒng)62、浮選系統(tǒng)64、臭氧化系統(tǒng)66和離心系統(tǒng)68中任一者相關(guān)的任何參數(shù)(如與離心系統(tǒng)68相關(guān)的顆粒度和/或“g”力)。
當(dāng)操作除砂系統(tǒng)62、浮選系統(tǒng)64、臭氧化系統(tǒng)66和離心系統(tǒng)68中任一者時，測試器70檢測被處理的高嶺土。例如，當(dāng)操作除砂系統(tǒng)62、浮選系統(tǒng)64或者臭氧化系統(tǒng)66時，可提取并檢測高嶺土樣品以確定參數(shù)，如顆粒度分布。測試器70將由檢測所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳送到控制器72，控制器被調(diào)整以接收來自測試器70的這種高嶺土參數(shù)數(shù)據(jù)。或者，測試器70可測量除砂系統(tǒng)62、浮選系統(tǒng)64、臭氧化系統(tǒng)66和離心系統(tǒng)68的參數(shù)，并將與這些參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送到控制器。
控制器72分析這些數(shù)據(jù)，并且基于這種分析，將信號傳送到除砂系統(tǒng)62、浮選系統(tǒng)64、臭氧化系統(tǒng)66和離心系統(tǒng)68中的任一者，以便繼續(xù)這種處理、修改這種處理或者停止這種處理。為了便于這種分析，可將數(shù)據(jù)存儲器或者存儲器74連接到控制器72，以便控制器72可將由測試器70傳送的數(shù)據(jù)與存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。控制器72可將信號傳送到測試器70以便進(jìn)行測試。其中控制器72可修改工藝的方式的例子包括增加或減少離心系統(tǒng)68中的“g”力，升高或降低浮選系統(tǒng)64的溫度，增加或減少除砂系統(tǒng)62、浮選系統(tǒng)64、臭氧化系統(tǒng)66和/或離心系統(tǒng)68中的任一者所需的功/能量，繼續(xù)操作除砂系統(tǒng)62、浮選系統(tǒng)64、臭氧化系統(tǒng)66中的任何裝置以得到某一理想的顆粒度分布等等。因此，系統(tǒng)60可提供實時分析和實時反饋，以便可實時修改高嶺土的處理以立即適合當(dāng)前的需要。
下面的實施例說明了本發(fā)明。在下面的實施例和在本說明書和權(quán)利要求書的其它部分中，除非另外指明，否則所有的份數(shù)和百分比都是依據(jù)重量的，所有的溫度都是攝氏溫度的，且所有的壓力都是在大氣壓力下或者接近大氣壓力。
實施例1表1顯示了進(jìn)行本發(fā)明方法的粗品的特性。
表1性能 數(shù)值GE亮度82.6表面積的最小值20m2/g％TiO21.81％Fe2O30.90顆粒度，比下列更精細(xì)的質(zhì)量％2微米 820.3微米 38實施例2使實施例1的粗品進(jìn)行脫砂、超細(xì)粒浮選、臭氧化和離心分離以得到精細(xì)物流和粗糙物流。進(jìn)行浮選以便使TiO2含量降低到低于0.7％。在目標(biāo)為18-22％＜0.3微米顆粒度的條件下進(jìn)行離心(這導(dǎo)致了74-78％＜2微米顆粒度)。進(jìn)一步使粗糙物進(jìn)行離心操作以便回收90％＜2μm的顆粒(這構(gòu)成了制造粗糙的工程的顏料的基礎(chǔ))。在其中除去最粗糙的顆粒從而使流精細(xì)化的第二次離心操作之后的粗糙物、以及由第一次離心操作所得的精細(xì)物流的特性顯示在表2中。
表2性能 粗糙物精細(xì)物GE亮度 87.4 91.2表面積m2/g 17.3 26.2％TiO2 0.44 0.29％Fe2O30.86 0.89顆粒度，比下列更精細(xì)的質(zhì)量％2微米891000.3微米 2871實施例3利用硫酸使表2中的粗糙物流絮凝、漂白并過濾。用膠體154分散濾餅到pH為6.0，噴霧干燥淤漿化到70％固體，用1.5#/t(基于高嶺土的干重量0.075％活性)的陽離子聚合物SharpeflocTM26(表氯醇聚胺)處理，并添加另外的膠體154(基于干高嶺土0.1％)以最優(yōu)化分散。
下面的表3中提供了對比的粗糙產(chǎn)品(粗糙物1)的特性及與粗糙工程高嶺土顏料(比較物1)的比較。商品粗糙的工程的顏料是通過除砂、分級、超細(xì)粒浮選、臭氧化、絮凝和噴霧干燥制造的。
表3性能 比較物1粗糙物1固體％68.1 68pH6.76.4Brookfield粘度278614Hercules粘度 381/16 335/16表面積m2/g12.4 17.5TAPPI亮度％ 90.7 90.5顆粒度分布比下列更精細(xì)的質(zhì)量％5微米 99992微米 88901微米 71760.3微米2231中值微米 0.58 0.48根據(jù)常規(guī)的知識，窄顆粒度分布和低表面積(低于14m2/g)產(chǎn)生改進(jìn)的遮蓋(hiding)并由此產(chǎn)生改進(jìn)的片狀物亮度和不透明性。因此，在應(yīng)用測試中并不希望粗糙物1提供與比較物1相同的性能。
在實驗涂布機(jī)測試中評估兩種顏料。利用流量計測定施涂(meter sizepress application)將涂布顏色施加到實驗涂布機(jī)上的LWC(輕質(zhì)涂布)基本原料(base stock)并以超砑光機(jī)砑光(super-calendered)以得到具有比較物1顏料的目標(biāo)45光澤。
涂布顏色配方是
比較物1或粗糙物1(含水的高嶺土) 89份Ansilex93(煅燒的高嶺土) 6份Albagloss S(沉淀的碳酸鈣) 5份Dow Latex FC1060每100份顏料 9份Penford 80 淀粉 每100份顏料9份滑潤劑-Sequaflow 565每100份顏料1份不溶粘料-Sequarez 755 每100份顏料0.5份涂布顏色固體59％pH 8.5利用流量計測定的施涂將涂布顏色施加到實驗涂布機(jī)上的LWC基本原料并以超砑光機(jī)砑光以得到具有比較物1顏料的目標(biāo)45光澤。表4描述了片狀物的性能。
表4比較物1粗糙物1涂布重量(gsm) 12.8 12.7片狀物光澤(％) 4546TAPPI亮度(％) 72.5 73.0TAPPI不透明性(％) 86.4 87平滑度-Parker Print Surf軟襯背，10kgf/cm2(微米)2.1 1.9由此，令人驚奇地，本發(fā)明的粗糙物1產(chǎn)品產(chǎn)生了比比較物1更好的片狀物性能，這基于公認(rèn)的工程產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)則，例如分層，窄顆粒度分布和低表面積。粗糙物1產(chǎn)品是膨脹的，但是不像比較物1，將陽離子聚合物添加到過濾產(chǎn)品或者高固體淤漿。此外，粗糙物1的顆粒度分布更窄，且比面積比比較物1的更高。
實施例4按照實施例2和3的工序(但不是相同的批次)制備粗糙物II顏料并在應(yīng)用時與具有明顯更低表面積且用相同劑量的SF26聚合物膨脹的分層顏料(比較物2)對比——可將1.5#/t(基于干燥粘土的重量)的聚合物添加到分層產(chǎn)品或者高固體淤漿中而不對應(yīng)用性能具有負(fù)面影響。比較物II是通過形成脫凝絮化的含水懸浮液、重力沉降分離、漂白、過濾、分層然后噴霧干燥高嶺土而制備得到的。希望比較物II的分層和稍微更粗糙的顆粒度改進(jìn)輪轉(zhuǎn)凹版可印刷性。下面的表5中顯示了比較物II和粗糙物II顏料的物理性能。
表5性能比較物II 粗糙物II固體％ 66.8 67.2pH 6.36.3Brookfield粘度 220344Hercules粘度411/16 513/16表面積m2/g 12.2 16.5TAPPI亮度％ 90.0 90.2顆粒度分布，比下列更精細(xì)的質(zhì)量％5微米 98992微米 85911微米 65790.3微米1927中值(微米) 0.67 0.49涂布顏色配方是
比較物II或粗糙物II(含水的高嶺土) 90份Ansilex93 10份Gen Flo 5190 粘合劑 每100份顏料6份Sunkote 455 每100份顏料0.80份Alcogum L29 每100份顏料0.76份涂布顏色固體 59％pH8.5將涂布顏色施加到CLC上的LWC輪轉(zhuǎn)凹版基本原料并以實驗砑光機(jī)砑光以得到具有比較物II顏料的目標(biāo)50-55光澤。表6中顯示了片和印刷光學(xué)性能。
表6比較物II 粗糙物II涂布重量(gsm) 7.5 7.5片狀物光澤(％)53 57TAPPI亮度(％) 73.7 73.5TAPPI不透明性(％) 84.6 84.3平滑度-Parker Print Surf軟襯背，10kgf/cm2(微米) 0.83 0.76Heliotest(mm)壓力-35 kgf襯背-硬 52 55當(dāng)與對比顏料相比時，正如由Helio測試所測定的，在可比較的輪轉(zhuǎn)凹版可印刷性時本發(fā)明的顏料產(chǎn)生了更高的光澤、片狀物亮度和不透明性。
實施例5在實驗涂布機(jī)測試中測試實施例3的顏料。應(yīng)用是MWC(中重涂布的)平版印刷，45# #4等級的紙。
涂布顏色配方是
比較物II或粗糙物II(含水的高嶺土) 66份研磨碳酸鈣-Hydrocarb 90 25份TiO2-Dupont Vantage 9份Dow 692A粘合劑每100份顏料9份Penford PG280淀粉 每100份顏料7份交聯(lián)劑-Berset 2720每100份顏料0.5份Devflo50 每100份顏料1份涂布顏色固體 59％pH8.5以1100m/min將涂布顏色施加到實驗涂布機(jī)上的MWC基本原料并以超砑光以得到具有比較物II顏料的目標(biāo)光澤。下面是片狀物和印刷的光學(xué)性能(表7)。
表7比較物II粗糙物II涂布重量(gsm) 22.022.3片狀物光澤(％) 60 66TAPPI亮度(％) 82.482.2TAPPI不透明性(％) 91 91.4平滑度-Parker Print Surf軟襯背，10kgf/cm2(微米)1.070.98Prufbau印刷光澤，％73 76當(dāng)與對比產(chǎn)品相比較時，本發(fā)明的顏料在片狀物和印刷光學(xué)性能方面提供了令人驚奇的結(jié)果。
實施例6利用硫酸對根據(jù)實施例2的工藝制備的細(xì)粒進(jìn)行絮凝，漂白、過濾、再分散和噴霧干燥。將噴霧干燥過的產(chǎn)品淤漿化到70％固體。將該顏料標(biāo)注為精細(xì)物I。表8顯示了該產(chǎn)品的物理性能以及與商品精細(xì)上光顏料(商品I，來自Engelhard Corporation的MiraglossTM91)的比較。
表8性能 商品I 精細(xì)物1固體％ 70 70pH 6.8 7.1Brookfield粘度 440 850Hercules粘度，達(dá)因/4400rpm 5.2 2520rpm/64達(dá)因表面積m2/g 22.526TAPPI亮度％91.391.7顆粒度分布比下列更精細(xì)的質(zhì)量％2微米99991微米96980.5微米 88920.3微米 6672與商品顏料相比，精細(xì)物I樣品顯示了更高的低剪切粘度和顯著更差的高剪切粘度。精細(xì)物I顏料中更高的精細(xì)物含量和表面積顯示了為什么Brookfield粘度比商品顏料更高。然而，基于精細(xì)物I樣品的更寬的顆粒度分布曲線，期望更好的高剪切粘度，因為填充效率(packing efficiency)應(yīng)該比商品I顏料更好。然而，Sedigraph設(shè)備測量了等效的斯托克斯直徑，因此有可能商品I中的顆粒具有與精細(xì)物I中顆粒不同的形態(tài)(例如，更低的長徑比)以便得到改進(jìn)的粘度。當(dāng)精細(xì)物I樣品以40％的水平與商品I樣品混合時，令人驚奇地，如下面的表9所示，高剪切粘度類似于商品I樣品。精細(xì)物I/商品I的40/60與0/I00之間的混合物類似于商品I的物理性能。高于40％的精細(xì)物I，產(chǎn)品的高剪切粘度趨于增加，使得不會典型地符合最大值7達(dá)因/4400rpm的規(guī)格。
表9性能 60/40混合比的商品 1/精細(xì)物1固體％ 70pH 7Brookfield粘度 610Hercules粘度，達(dá)因/4400rpm 7表面積m2/g 23TAPPI亮度，％ 91.1顆粒度分布，比下列更精細(xì)的質(zhì)量％2微米 991微米 960.5微米890.3微米68由此，混合通過不同方法處理的、高嶺土形態(tài)或者長徑比可能不同的兩種產(chǎn)品(或者適當(dāng)?shù)奶幚碇械牧?產(chǎn)生了一種類似于所需的一種產(chǎn)品的產(chǎn)品。這樣做，所需產(chǎn)品的成本可顯著降低，因為初始原料(由該初始原料來加工其它精細(xì)產(chǎn)品)成本更低且作為副產(chǎn)品而產(chǎn)生的粗糙顆粒作為粗糙的工程的顆粒度產(chǎn)品是有用的。
實施例7用具有與精細(xì)物不同形態(tài)的產(chǎn)品(商品IV—特級亮度#2粘土，UltracoteTM90)與精細(xì)物I混合。表10中顯示了每種產(chǎn)品與混合物的特性。對本發(fā)明的混合顏料而言，產(chǎn)品的物理性能類似于具有更好顏料亮度MiraglossTMOP(商品V)，
表10

基于在1100rpm的高剪切粘度測定，預(yù)料混合的顏料比精細(xì)物I更差。
盡管已經(jīng)聯(lián)系某些實施方式解釋了本發(fā)明，然而應(yīng)該理解在讀了說明書之后其各種修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員都是明顯的。因此應(yīng)該理解本文中公開的本發(fā)明意在覆蓋落在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的這種修改。
權(quán)利要求
1.一種處理高嶺土的方法，按順序包括提供含有大量灰色高嶺土和少量白色高嶺土的高嶺土粗品；除砂該高嶺土粗品；使除砂過的高嶺土粗品進(jìn)行浮選以提供具有減少的二氧化鈦含量的高嶺土；臭氧化具有減少的二氧化鈦含量的高嶺土；高速離心高嶺土以提供粗糙物流和精細(xì)物流，粗糙物流包括其中至少約70重量％具有2微米或更小尺寸的高嶺土，精細(xì)物流包括其中至少約80重量％具有1微米或更小尺寸的高嶺土；將粗糙物流精制成粗糙工程高嶺土顏料；以及將精細(xì)物流精制成精細(xì)上光高嶺土顏料。
2.權(quán)利要求1的方法，其中高速離心涉及到使用從約2000以上到約10000的“g”力，且高嶺土粗品包括至少約70％的灰色高嶺土和低于約30％的白色高嶺土。
3.權(quán)利要求1的方法，其中浮選將高嶺土的二氧化鈦含量降低到低于約1重量％，且臭氧化包括對每噸高嶺土接觸約0.1到約20磅的臭氧。
4.權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)一步包括在浮選之前或者在高速離心高嶺土之后低速離心高嶺土。
5.權(quán)利要求4的方法，其中低速離心涉及到利用約200到約2000的“g”力。
6.權(quán)利要求1的方法，其中精制粗糙物流包括分層、漂白、過濾和噴霧干燥中的至少二者，精制精細(xì)物流包括分層、漂白、過濾和干燥中的至少二者。
7.一種處理高嶺土的方法，按順序包括提供含有至少約60％灰色高嶺土和低于約40％白色高嶺土的高嶺土粗品；除砂該高嶺土粗品；使除砂過的高嶺土粗品進(jìn)行浮選以提供具有減少的二氧化鈦含量的高嶺土；臭氧化具有減少的二氧化鈦含量的高嶺土；高速離心高嶺土以提供粗糙物流和精細(xì)物流，粗糙物流包括其中至少約80重量％具有2微米或更小尺寸的高嶺土，精細(xì)物流包括其中至少約80重量％具有1微米或更小尺寸的高嶺土；以及漂白、過濾和噴霧干燥粗糙物流以提供粗糙工程高嶺土顏料。
8.權(quán)利要求7的方法，前提是該方法不包括高嶺土的分級。
9.權(quán)利要求7的方法，其中進(jìn)一步包括混合精細(xì)物流和白色高嶺土以提供亮度為至少約90的高嶺土顏料。
10.權(quán)利要求7的方法，其中除砂高嶺土粗品包括使高嶺土粗品通過325目的篩子或者更小的篩子，且浮選包括泡沫浮選、超細(xì)粒浮選和TREP浮選中的一者。
全文摘要
公開了處理高嶺土的方法以便以同時的方式制造兩種不同等級的高嶺土。該方法涉及到通過除砂高嶺土粗品，使除砂過的高嶺土粗品進(jìn)行浮選以提供具有減少的二氧化鈦含量的高嶺土，臭氧化具有減少的二氧化鈦含量的高嶺土，離心高嶺土以提供粗糙物流和精細(xì)物流，將粗糙物流精制成粗糙工程高嶺土顏料，并將精細(xì)物流精制成精細(xì)上光高嶺土顏料來處理高嶺土。也公開了用于自動處理高嶺土的系統(tǒng)以實時反饋地制造兩種不同等級的高嶺土。
文檔編號D21H19/40GK1981000SQ200580023052
公開日2007年6月13日 申請日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月7日
發(fā)明者S·馬圖爾, K·W·福爾馬爾, D·K·湯普森, B·L·丹尼爾 申請人:恩格哈德公司