Pulverförmiges Mineral oder pulverförmiger, mineralischer Stoff mit verminderter Neigung zum Zusammenbacken und Verfahren zu seiner Herstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mineralstoffzubereitung mit verbesserten Festbackeigenschaften und auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Bei der Aufbereitung von vorbehandelten oder unbehandelten Mineralien werden diese gewöhnlich zu verhältnismässig kleinen Teilchen vermahlen, was möglichst schnell erfolgen soll. Hierbei werden oft Mahlhilfsmittel verwendet, um die Mahlgeschwindigkeit zu vergrössern oder die Feinheit der Teilchen bei gegebener Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen, ohne dass das zermahlte Produkt nachteilig beeinflusst wird.
Durch das Aufbrechen der Teilchen beim Mahlen von Mineralien entstehen neue energiereiche Oberflächen, deren Oberflächenkräfte auch noch nach dem Mahlvorgang bestehen bleiben und ein Zusammenbacken des Materials bzw. eine schlechte Schüttfähigkeit ergeben.
Dieses führt dazu, dass vermahlene Minerale durch die z. B. beim Transport entstehende Vibration derart verdichtet werden, dass sie oft halbfest sind und sich nicht ausschütten lassen, es sei denn, dass man zum Aufbrechen der kompakten Masse erhebliche mechanische Kräfte aufwendet. Diese Agglomeration oder Haftung von Einzelteilchen wird mit Festbacken bezeichnet und durch den Festback-Index bestimmt; dieser ist ein relativer Wert, welcher numerisch angibt, wie weit ein teilchenförmiges Material bereit ist, nach einer gewissen Lagerzeit oder nach einem Transport frei zu fliessen.
Das Verhältnis des Festback-Index von unbehandeltem Material gegenüber dem von behandeltem Material wird als Festback-Verhältnis bezeichnet und dient zum Vergleich von zwei verschiedenen Proben gemahlener Mineral.
Dieser Festback-Index wird wie folgt bestimmt:
100 g Mineral werden in einem 250-ml-Erlenmeyer- Kolben auf einer Vibrationsplatte 15 Sekunden gerüttelt und dann horizontal in ein Spannfutter eingesetzt. Der Kolben wird dann etwa 100 ml je Minute um 1800 um seine Achse gedreht, bis das am Kolbenboden festliegende Material zusammenfällt. Die Anzahl der Drehungen um 1800, die bis zum Zusammenfallen des Materials erforderlich sind, ergeben den Festback-Index.
Je grösser also die zum Aufbrechen des festgebackenen Materials erforderliche Energie ist, desto höher ist der Festback-Index.
Es wurde nun festgestellt, dass Aminsalze von Arylhydroxy-Verbindungen, z. B. Phenol, als Mahlhilfsmittel, Mittel zur Erhöhung der Festigkeit und als Festback-Inhibitoren für Mineralien wirken. Demzufolge betrifft die Erfindung ein pulverförmiges Mineral oder einen pulverförmigen mineralischen Stoff, das bzw. der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Mineral bzw. der Stoff zur Verminderung des Zusammenbackens, ein Salz einer Arylhydroxyverbindung, bei der die Hydroxygruppe die salzbildende funktionelle Gruppe darstellt, mit einem Amin oder mit Ammoniak enthält.
Zur Herstellung der erfindungsgemäss verwendeten neuen Zusatzstoffe werden eine oder mehrere Arylhydroxy-Verbindungen mit einem oder mehreren Aminen vermischt. Die Ausgangsmaterialien können reine Chemikalien oder Ausgangsstoffe mit Verunreinigungen sein. Die Verfahren zur Herstellung dieser Zusatzstoffe sind bekannt. Vorzugsweise werden äquimolare Teile Amin- und Arylhydroxy-Verbindung benutzt.
Vorzugsweise besteht die Arylhydroxy-Verbindung aus einem Phenyl- oder Naphthylrest, welcher durch einen Hydroxylrest substituiert ist und der sonst unsubstituiert ist oder durch eine oder mehrere Nitrogruppen, Halogengruppen, vorzugsweise durch Chlor, Alkylreste, vorzugsweise mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, und insbe sondere Methylreste, durch Arylreste, Amino- oder Alkoxygruppen mit vorzugsweise 1 bis 5 Kohlenstoffatomen substituiert ist.
Vorzugsweise ist das Amin eine Verbindung der folgenden allgemeinen Formel
EMI2.1
in welcher R1 ein Wasserstoffatom oder einen substituierten oder unsubstituierten Alkylrest, wie Hydroxyalkyl oder Aryl, z. B. Alkarylrest, und R ein Wasserstoffatom oder einen substituierten oder unsubstituierten Alkylrest, z. B. einen Hydroxyalkylrest, und RQ ein Wasserstoffatom, einen Hydroxylrest oder einen substituierten oder unsubstituierten Alkylrest, z.
B. ein Hydroxylalkyl oder Arylradikale oder eine Verbindung der folgenden Formel bedeuten:
EMI2.2
in welcher
EMI2.3
einen substituierten oder unsubstituierten Pyrolidinyl-, Pyrolinyl-, Pyrolyl-, Morpholinyl-, Piperidinyl- oder Piperazinylrest und Re ein Wasserstoffatom oder einen Alkyl- oder Hydroxyalkylrest bedeuten; oder Y"(R6)n, in welcher Y ein Pyridyl-, Pyrimidinyl- oder Pyridizinylrest und R6 ein Halogenatom oder einen Alkyl- oder Hydroxylrest bedeuten und n den Wert von 0 bis 5 besitzt.
Geeignete Amine sind beispielsweise Ammoniak, ethylamin, Diäthanolamin, Monoäthanolamin, Tri äthylamin, Triäthanolamin, Anilin, p-Toluidin, m-Phenylendiamin, Dimethylanilin, Diphenylamin, 2,4,6-Tribromanilin, N-Phenylhydroxylamin, ss-Phenäthylamin, Morpholin, Pyridin, Piperidin, Pyrol, Pirolin, Pyrolidin, Pyridazin, Pyrimidin, N-Methylmorpholin, 4-(2-Amino äthoxy)äthylmorpholin, Dimethylpyridin, Dimethyl äthylpyrol und Piperazin.
Als Mineralien werden natürlich vorkommende anorganische Mineralien, wie Phosphatgestein, teilweise bearbeitete Mineralien, wie konzentriertes Eisenerz, und Mischungen von Mineralien wie Zement, Klinker oder keramische Stoffe, in dieser Weise behandelt. Beispielsweise kann man mit derartigen Mahlhilfsmitteln Berylliumoxyd, Kalkstein, Gips, Ton und Bauxit behandeln.
Besonders wertvoll sind derartige Mahlhilfsmittel bei Zement und insbesondere Portlandzement. Portlandzement gehört zu den hydraulischen Zementen, die im wesentlichen aus zwei Calciumsilikaten und einer kleineren Menge Calciumaluminat bestehen. Derartige Zemente werden hergestellt, indem man ein inniges Gemisch eines feinverteilten Kalkgesteins zusammen mit tonigem Material zu einem Klinker verarbeitet und diesen dann zusammen mit etwa 2 S Gips oder mit einem anderen Calciumsulfat vermahlt, um die gewünschten Abbindeeigenschaften des fertigen Zementes zu erzielen. Die Aminsalze werden vorzugsweise dem Klinker zugesetzt, um die Mahlwirksamkeit zu erhöhen und ein anschleissendes Festbacken des fertigen Zements zu vermeiden.
Die Mahlhilfsmittel gemäss Erfindung werden entweder trocken oder flüssig eingesetzt. Aus Gründen der Einfachheit können wässrige Lösungen verwendet werden, die genau dem Produktionsstrom zugemessen werden können. Weniger gut lösliche Mahlhilfsmittel können mit einem entsprechenden Netzmittel, z. B. Natriumdodecylbenzolsulfonat, emulgiert werden. Das Mahlhilfsmittel kann dem Mineral vor dem Vermahlen zugesetzt werden oder kann gleichzeitig mit dem Material in das Mahlwerk gegeben werden. Wenn nur das Festbacken verringert oder eine bessere Fliessfähigkeit erreicht werden soll - z. B. bei Förderung oder pneumatischem Transport - so kann das Mahlhilfsmittel zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt während des Aufarbeitens zugesetzt werden.
Die Menge des Mahlhilfsmittels kann in einem weiten Bereich schwanken, jedoch werden vorzugsweise 0,001 bis 1 und insbesondere 0,004 bis 0,4 % Feststoffe, bezogen auf das Gewicht der Mineralfeststoffe, zugesetzt. Es besteht keine obere Grenze der zugesetzten Mahlhilfsmittelmenge, jedoch wird gewöhnlich nur so viel zugesetzt, um die gewünschte Fliessfähigkeit und die gewünschte Oberfläche zu erreichen.
Die erfindungsgemässen Mahl hilfsmittel werden vorzugsweise allein eingesetzt, können jedoch auch mit ein oder mehreren anderen Mahlhilfsmitteln oder anderen Zusätzen zusammen verarbeitet werden.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden.
Beispiel I
In der folgenden Tabelle ist die Wirksamkeit des als Mahlhilfsmittel verwendeten Triäthanolaminphenoxydes wiedergegeben, welches durch Mischen äquimolarer Teile von Triäthanolamin und Phenol hergestellt wurde.
Die Messergebnisse wurden mit einem Portlandzementtyp 1 erhalten, der in einer Laboratoriumstahlkugelmühle bei 990 C und 3403 Umdrehungen gemahlen wurde.
Oberfläche Steigerung
Menge des Zusatzes in % nach Blaine gegenüber (Feststoffe je Feststoffe) cm2/g Blindprobe
0,01 3114 4,21
0,02 3128 5,20
0,03 3121 4,45
0,04 3134 5,41
0,06 3134 4,89
0,08 3184 7,09
Beispiel 2
Es wurde ein Mahlhilfsmittel hergestellt durch Vermischen von 34 Gewichtsteilen eines Gemisches aus Phenol und Cresol im Verhältnis von 50 : 50 mit 65,9 Gewichtsteilen eines Gemisches aus Morpholin und Triäthanolamin im Verhältnis von 50 : 50. Die Mahlwirksamkeit wurde mit Portlandzement Typ 1 bestimmt, der in einer Laboratoriumstahlkugelmühle bei 1100 C und 4941 Umdrehungen vermahlen wurde. Bei einem Gehalt von 0,12 Gew.%, bezogen auf das Zementgewicht, ergab sich ein Anstieg der Werte für die Oberfläche nach Blaine von 6,75 % gegenüber der Blindprobe.
Die erfindungsgemässen Zusätze werden auch mit guten Ergebnissen beim Vermahlen von anderen Mineralien ausser Zement verwendet, wie beispielsweise als Mahlhilfsmittel für Phosphatgestein und Eisenerz.