CN104105762A - 用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或制备沉淀碱土金属碳酸盐的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或制备沉淀碱土金属碳酸盐和/或矿化水的设备并且涉及这种设备用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或矿化水和/或制备沉淀碱土金属碳酸盐的用途。

Description

用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或制备沉淀碱土金属碳酸盐的设备
技术领域
本发明涉及用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或制备沉淀碱土金属碳酸盐和/或矿化水的设备并且涉及这种设备用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或矿化水和/或制备沉淀碱土金属碳酸盐的用途。
背景技术
纯矿物、颜料和/或填料被广泛地用在纸、纸涂料、塑料和油漆中，而且还用在食品和饲料工业、水矿化和制药工业中。例如，作为一种低成本的高白度填料的碳酸钙被广泛用于在纸产品中提高纸张白度和不透明度。在过去的几十年里，由于造纸厂由酸性造纸转变为碱性造纸，因此碳酸钙的用途已显著增加。无论是天然碳酸钙还是合成碳酸钙均可用于造纸工业中。例如，天然碳酸钙如大理石、白垩和石灰石在其用在纸产品中之前被研磨至小颗粒尺寸，而合成碳酸钙通过沉淀反应制造且因此被称作沉淀碳酸钙。
除了其在造纸工业中的用途之外，天然和合成碳酸钙也用于各种其它目的，例如在油漆工业中用作填料或颜料，以及作为功能性填料用于制造塑料材料、增塑溶胶、密封配混物、印刷墨水、橡胶、牙膏、化妆品、食品、药物等。除此之外，碳酸钙还可用于水的处理和矿化。
由于以上原因，工业上对于用于制备纯矿物、颜料和/或填料的经济且有效的装置和系统有强烈的需求。术语“纯”矿物、颜料和/或填料尤其是指没有化学添加剂或不想要的杂质的相应矿物、颜料和/或填料相，而所述化学添加剂或不想要的杂质会由于有色杂质的低白度而限制在许多应用中的用途。这些杂质来源于硅酸盐和/或工艺添加剂如在浮选法中使用的脂肪胺或季铵化合物。
在此方面，申请人知晓用于纯化矿物、颜料和/或填料的多种设备。例如可提及用于泡沫浮选法的设备，例如在以下文献中所述：书籍“FROTHFLOTATION”，A Century of Innovation by Maurice C.Fuerstenau，由Society for Mining出版，美国Littleton，Corado，2007年，第635-757页。
但是，所描述的设备和方法具有的缺点是需要特定的添加剂如捕集剂、起泡剂或抑制剂，它们会再次污染所获得的矿物、颜料和/或填料相。这些杂质典型地抑制这种所获得的矿物、颜料和/或填料相的用途，例如在食品和饲料中用作营养剂，或者要求额外成本和时间消耗的清洁步骤。
应当进一步指出，所述设备和方法的效率随着矿物、颜料和/或填料相中相应杂质颗粒的细度的增加而快速下降，使得将特定的矿物部分从矿物掺混物中提取出(例如将碳酸钙从不纯大理石掺混物中提取出)会变得更为复杂。尤其是，由于不同矿物相彼此的分离强烈地取决于矿物、颜料和/或填料相中的颗粒共生度度，因此所述设备和方法的选择性下降。
在本申请含义中的术语“颗粒共生度”(释放颗粒尺寸(particle sizeof liberation))是指下述这样的颗粒尺寸，在该颗粒尺寸下不同矿物、颜料和/或填料相彼此分离。
在本领域中还已知物理分离装置。但是，例如光学选矿由于颗粒共生度的原因也具有受限选择性的缺点，而且还要求待分离颗粒足够的颜色对比。其它物理分离装置包括面对相同问题的X-射线选矿、电选矿、筛选和/或过滤。
在这方面，一种典型的现有技术设备在根据图1的示意图中示出。该示例的设备包括混合单元(1)如配备有搅拌器的槽，一个用于引入水的入口(14)，一个气体入口(未示出)如CO2入口，以及用于引入待纯化的矿物、颜料和/或填料(它们优选以悬浮液的形式提供)的另外入口(6)。该混合单元进一步包括独立地与过滤单元(4)连接的一个入口和一个出口。相应地，过滤单元(4)也包括独立地与混合单元(1)连接的一个入口和一个出口。换言之，过滤单元(4)和混合单元(1)以循环布置提供，即两个单元彼此流体连通。此外，过滤单元(4)配备有用于排放由过滤工艺获得的滤出液(10)的额外出口(未示出)。排放的滤出液(10)可经历进一步处理(16)如物理和/或化学处理和/或添加剂的添加。相比之下，在膜过滤单元(4)中获得的截留物(filtrand)或渗余物(retentate)被循环回到混合单元(1)。
但在此当中，待纯化的矿物、颜料和/或填料到目前为止不可能被清洁或者仅仅非常无效地被清洁。尤其是，在矿物、颜料和/或填料相中的颗粒共生限制了选择性并且因而限制了所描述的设备的纯化效率。因而，对于矿物、颜料和/或填料的纯化，仅仅具有特殊细度的颗粒状物质可被用作起始材料，但该起始材料仅可在有限范围内获得。
此外，前述物理分离装置所具有的局限性是它们的效率强烈地取决于矿物、颜料和/或填料相中的颗粒共生度。因而，所述装置的选择性也随着颗粒共生度的增加而下降。
此外，如果矿物、颜料和/或填料相中共生的颗粒立刻被细分和/或由于在矿物、颜料和/或填料相中所产生的颗粒超细而低于它们的颗粒共生度的话，熟练技术人员也会面对不利的情况。尤其是，突然的颗粒分离在例如浮选工艺中可能导致选择性问题，因为矿物粘质物可能表现出降低的沉降行为。因此，这会导致与起泡浓缩物一起的细屑的不受控溢出。在此方面，频繁地观察到仅仅50％重量甚至更低的矿物回收率。前述内容在今天的工业中是众所周知的并且需要通过相应悬浮液的所谓“去粘质化(de-sliming)”的工艺步骤克服。悬浮液的去粘质化意味着在悬浮液中颗粒的超细部分从整体中机械提取、分离并且被排放。最高达一半的有价值矿物(它们的提取昂贵且耗时)最终置于尾矿场。因此，回收的浓缩物导致高生产成本。
为了更好地理解矿物、颜料和/或填料相中的共生问题，可参考Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，PotassiumCompounds，第4.1部分，Inter-growth and Degree of Liberation，2002年6月，Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KgaA。
因而，目前现有的装置和设备的主要缺点是选择性仍然非常有限。尤其是，在矿物、颜料和/或填料相中的颗粒共生度代表了决定性的限制因素。除此之外，固体颗粒的反应性强烈地取决于颗粒表面化学。例如，颗粒表面如果暴露于环境(如空气)、水或其它环境影响如电雾的话可被改性并且因而影响矿物、颜料和/或填料的反应速度、吸附和/或表面性能。这个方面在例如白云石型矿物被用于再矿化脱盐海水时是尤其相关的，因为白云石与CO2之间的反应性相当低。在本领域中已知的相应工业方法无法克服与这种改性颗粒表面相关的问题。
除此之外，申请人还知晓用于制备沉淀碱土金属碳酸盐如沉淀碳酸钙(PCC)的装置和设备，所述沉淀碳酸钙(PCC)可通过使用气态CO2，通过在水性环境中氧化钙/氢氧化钙的沉淀而获得。在根据图1的示意图中所示的现有技术设备也可用于制备沉淀碱土金属碳酸盐如沉淀碳酸钙(PCC)。但是，在这类设备中的所述沉淀反应常常是并不令人满意的，因为在所产生的PCC或沉淀碱土金属碳酸盐的聚集体中可发现包封的CaO和Ca(OH)2或者相应物质。尤其是，在例如15％重量及更高的固含量下在沉淀过程中获得的气体/固体/液体界面是难以控制的。在此上下文中，应当进一步指出的是，在水性环境中沉淀和形成沉淀碱土金属碳酸盐如PCC之后，这种包封的碱性残余物质可在存储过程中迁移出沉淀碱土金属碳酸盐聚集体而进入水性相中，这会导致不受控地增加悬浮液的pH，甚至到高于12的pH值。但这种pH增加会损害沉淀碱土金属碳酸盐悬浮液性能并且可影响随后的应用，如在纸涂布和填充中。在本领域中已知的沉淀装置和设备不能解决这些问题。
在本领域中，提出了解决前述问题的多种方法。例如EP1764346 A1描述了用于在沉淀之后研磨PCC的装置和方法。在这种方法的过程中，在聚集体中的残余的包封的CaO和Ca(OH)2被释放并且提高了所产生的悬浮液的pH值。这不仅可再次导致在随后应用(如纸涂布和填充)中PCC悬浮液降低的性能，而且还会损害和溶解在该方法过程中使用的研磨珠。
鉴于以上内容，改善矿物、颜料和/或填料的纯化和/或沉淀碱土金属碳酸盐的制备对于本领域技术人员来说仍然是令人感兴趣的。尤其希望的是提供用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或制备沉淀碱土金属碳酸盐和/或矿化水的替代性的改善系统，其能够以更为有效、经济和生态的方式应用并且尤其为纯矿物、颜料和/或填料和/或沉淀碱土金属碳酸盐的制备提供有效的选择性和/或反应性。
发明内容
上述以及其它目的通过提供一种用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或制备沉淀碱土金属碳酸盐和/或矿化水的设备得以解决，该设备流体连通地包括：
a)至少一个混合单元，配备有至少两个入口和至少一个出口，
b)至少一个包含细分装置(dividing means)的细分单元(dividingunit)，和
c)至少一个膜过滤单元，配备有至少一个入口和至少一个出口，其中该至少一个混合单元的至少一个出口连接到该至少一个膜过滤单元的至少一个入口并且该至少一个膜过滤单元的至少一个出口连接到该至少一个混合单元的至少一个入口。
在本文中所用的术语“流体连通”是指作为本发明设备的一部分的单元和/或装置彼此相连，使得从本发明设备的一个单元和/或装置到本发明设备的另一个单元和/或装置的流体的流动(如任选地与至少一种逆气溶胶(如非常细的泡沫)组合的悬浮液的流动)是可能的；这种流动可借助于一个或多个中间(并且未明确提及或描述)的零件、设施、装置或其它制品如管道、管子和泵来实现。术语“逆气溶胶(inverse aerosol)”被广义地解读并且是指悬浮于液体中的任何气体，例如在水中的非常小的CO2气泡。
术语“纯化”被广义地解读并且是指对在矿物、颜料和/或填料相中不能容忍或不想要的化合物的任何去除。
用于本发明的术语“再矿化”是指在根本不含有矿物离子或含有不足量矿物离子的水中增加必需矿物离子以获得适口的水。可通过向待处理的水中添加至少碳酸钙来实现矿化。任选地，例如，为获得与健康相关的益处或者为了确保一些其它必需矿物离子和微量元素的适当摄取，可将另外的物质与碳酸钙混合，随后在再矿化方法期间添加至水中。根据关于人类健康及饮用水质量的国家准则，经再矿化的产品可包含含有镁、钾或钠的额外矿物如碳酸镁、硫酸镁、碳酸氢钾、碳酸氢钠，或者含有必需微量元素的其它矿物。
在本发明含义中的“研磨碳酸钙(GCC)”是由天然来源(包括大理石、白垩或石灰石)获得并且经由诸如研磨、筛选和/或通过湿和/或干细分(例如通过旋风分离器)的处理来加工的碳酸钙。
在本发明含义中的“沉淀碱土金属碳酸盐”为合成物质，通常通过在含水环境中在二氧化碳与例如石灰反应之后沉淀或通过在水中沉淀碱土金属和碳酸根源或通过将碱土金属离子和碳酸根离子(例如CaCl2及Na2CO3)从溶液中沉淀出来而获得。例如，沉淀碳酸钙以三种初级晶形存在：方解石、霰石及球霰石，且对于这些晶形中的每一晶形而言存在许多不同的多形体(晶体惯态)。方解石具有三角结构，该三角结构具有典型的晶体惯态如偏三角面体的(S-PCC)、斜方六面体的(R-PCC)、六角形棱柱的、轴面的、胶体的(C-PCC)、立方的及棱柱的(P-PCC)。霰石为正斜方晶结构，该正斜方晶结构具有成对六角形棱晶的典型晶体惯态，以及细长棱柱的、弯曲叶片状的、陡锥状、凿尖晶体、分叉树及珊瑚或蠕虫状的形式的多种分类。
本发明的发明人令人惊奇地发现，这种设备能够使本领域技术人员以一种有效、经济且生态的方式以高纯度制备矿物、颜料和/或填料和/或沉淀碱土金属碳酸盐。本发明的发明人还令人惊奇地发现，这种设备能够使本领域技术人员以一种经济且生态的方式高效率地将水矿化。特别是，这通过提供流体连通的至少一个混合单元、至少一个细分单元和至少一个膜过滤单元来实现。此外，该膜过滤单元的至少一个入口和至少一个出口独立地连接到该至少一个混合单元。
因而，本设备使得能够针对用于制备沉淀碱土金属碳酸盐和/或纯化矿物、颜料和/或填料的矿物、颜料和/或填料设备实现纯化方法的总选择性的提高。
根据本发明的另一方面，提供所述设备用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或矿化水的用途。根据本发明的再一方面，提供所述设备用于制备沉淀碱土金属碳酸盐的用途。
本发明的有利实施方案被限定在相应的从属权利要求中。
当在下文涉及本发明设备的优选实施方案或技术细节时，要理解的是这些优选实施方案或技术细节也针对在本文限定的该设备用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或矿化水和/或制备沉淀碱土金属碳酸盐的本发明用途，反之亦然(只要可适用)。例如，如果指出本发明设备的至少一个混合单元包括搅拌装置，则本发明用途的至少一个混合单元也包括搅拌装置。
将参考某些附图涉及特定的实施方案来描述本发明，但本发明并不限于此，而是由权利要求书限定。除非另外说明，以下提出的术语通常以它们的常规含义理解。
当在本说明书和权利要求书中使用术语“包括或包含(comprising)”时，并不排除其它未指出的功能重要性大或小的元件。
对于本发明的目的，术语“由……构成(consisting of)”被认为是术语“包括或包含(comprising of)”的优选实施方案。如果在下文中定义一个组集(group)包括至少一定数目的实施方案，则这也被理解为公开了一个组集，其优选仅由这些实施方案构成。
无论何处使用术语“包括或包含(including)”或者“具有(having)”，这些术语被认为等同于上述的“包括或包含(comprising)”。
在谈论单数名词时使用不定冠词或定冠词如“a”、“an”或“the”的情况下，这包括了该名词的复数，除非一些情况下另外具体指出。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个混合单元包括搅拌装置。
根据本发明的另一实施方案，该至少一个混合单元包括加热装置，该加热装置能够将该至少一个混合单元的内容物加热到5℃-90℃，优选20℃-50℃的温度。
根据本发明的再一实施方案，该至少一个细分单元是至少一个研磨装置和/或至少一个破碎装置，并且优选是至少一个研磨装置。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个细分单元是至少一个立式研磨装置和/或至少一个立式破碎装置或者至少一个卧式研磨装置和/或至少一个卧式破碎装置。
根据本发明的另一实施方案，该至少一个细分单元是锥形环隙式球磨机(conical annular gap bead mill)。
根据本发明的再一实施方案，该至少一个细分单元包括具有重量中值粒径d50值为0.01mm-100mm，优选0.1mm-75mm并且最优选0.5mm-5mm的细分装置(dividing means)。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个细分单元包括由选自以下的材料制成的活动珠作为细分装置：石英砂、玻璃、瓷、氧化锆、硅酸锆及其混合物，任选地包括占少量的其它矿物。
根据本发明的另一实施方案，该至少一个细分单元的细分装置由矿物、颜料和/或填料材料制成，优选地，该细分装置与待纯化和/或待制备的矿物、颜料和/或填料由相同的材料制成。
根据本发明的再一实施方案，该至少一个膜过滤单元是交叉流膜过滤装置，并且优选是交叉流膜微过滤装置和/或交叉流膜超滤装置。优选地，该交叉流膜过滤装置包括至少一个管式过滤器膜，其具有0.01mm-25mm，优选0.1mm-10mm的管的内径。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个膜过滤单元包括至少一个孔尺寸为0.01μm-10μm，优选0.05-5μm并且最优选0.1-2μm的膜。优选地，该膜材料选自烧结的材料、多孔瓷、合成聚合物如聚乙烯、聚丙烯或及其混合物。
根据本发明的另一实施方案，穿过该交叉流膜过滤装置的至少一个膜的流动速度是0.1m/s-10m/s，优选0.5m/s-5m/s，并且最优选1m/s-4m/s和/或在该交叉流膜过滤装置的入口处的压力为0巴-30巴，优选0.2巴-10巴并且最优选0.5-5巴。
根据本发明的再一实施方案，该设备包括至少三个出口，优选至少四个出口并且更优选至少五个出口和/或该设备包括至少四个入口，优选至少五个入口并且更优选至少六个入口。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个混合单元包括至少两个出口和/或至少三个入口，优选至少四个入口。
根据本发明的另一实施方案，为该设备提供的至少一个入口是气体入口，优选CO2入口。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个混合单元包括至少两个作为液体入口的入口，优选至少三个液体入口，并且更优选至少四个液体入口。
根据本发明的另一实施方案，该设备包括至少一个控制单元，用于调节该至少一个混合单元的装料水平、泵速度、pH值、传导性、钙离子浓度(如通过离子敏感电极)和/或温度。
根据本发明的再一实施方案，该设备包括至少一个位于该至少一个混合单元和该至少一个膜过滤单元之间的泵。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个混合单元的至少一个出口连接到该至少一个细分单元的至少一个入口并且该至少一个细分单元的至少一个出口连接到该至少一个混合单元的至少一个入口。
根据本发明的另一实施方案，该设备进一步包括至少一个位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间的泵。
根据本发明的再一实施方案，向该至少一个膜过滤单元供料的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h表示)是该至少一个混合单元的体积的0.01至100倍，和/或向该至少一个细分单元供料的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h表示)与向该至少膜过滤单元供料的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h表示)的比为1:1至1:1000并且优选1:5至1:250。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个细分单元被集成到该至少一个混合单元中。
根据本发明的另一实施方案，作为气体入口的至少一个入口位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间，更优选位于该至少一个细分单元的供料泵和该至少一个细分单元之间，并且最优选地位于该细分单元的入口处。
根据本发明的再一实施方案，作为气体入口的该至少一个入口是文氏管注射器，其位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间。优选地，该文氏管注射器位于该至少一个混合单元的出口和该至少一个细分单元的入口之间。
根据本发明的一种实施方案，作为气体入口的至少一个入口位于该至少一个混合单元的搅拌装置的空心轴的顶部处。
现在将更详细地描述本发明：
因而，本发明提供用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或矿化水和/或制备沉淀碳酸钙的设备，该设备流体连通地包括：
a)至少一个混合单元，配备有至少两个入口和至少一个出口，
b)至少一个包含细分装置的细分单元，和
c)至少一个膜过滤单元，配备有至少一个入口和至少一个出口，其中该至少一个混合单元的至少一个出口连接到该至少一个膜过滤单元的至少一个入口并且该至少一个膜过滤单元的至少一个出口连接到该至少一个混合单元的至少一个入口。
本发明的设备可应用于在不考虑颗粒共生度使用矿物、颜料和/或填料的反应器系统中进行的任何纯化方法和/或可应用于水的矿化和/或沉淀碱土金属碳酸盐的制备。
例如，可在本发明设备中由不纯材料制备几乎纯的沉淀碱土金属碳酸盐。
可被制备的沉淀碱土金属碳酸盐优选选自方解石型、霰石型或球霰石型形式的结晶碳酸钙、菱镁矿和水菱镁矿，或者上述物质的混合物。
沉淀碱土金属碳酸盐的纯化和制备可优选在该水、至少一种包含例如至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质中进行，其中该至少一种物质以干燥形式或者以水性悬浮的形式提供，并且结合了CO2。
该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质优选选自含天然碳酸钙和/或碳酸镁的无机物质或盐，或者含合成碳酸钙和/或碳酸镁的无机物质或盐。
例如，该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质优选选自大理石、石灰石、白垩、半烧石灰、烧石灰、含白云石的石灰石、石灰质白云石、半烧白云石、烧白云石、以及沉淀碱土金属碳酸盐，例如，如具有方解石、霰石和/或球霰石矿物晶体结构的沉淀碱土金属碳酸盐，例如通过添加Ca(OH)2的水的去硬化(de-hardening)。
可用的天然存在的无机物质例如是大理石、石灰石、白垩、含白云石的大理石和/或白云石。合成物质例如是方解石、霰石和/或球霰石晶形的沉淀碳酸钙。但是优选天然存在的无机物质如大理石、石灰石、白垩、含白云石的大理石和/或白云石。
该任选的至少一种碱土金属氢氧化物优选是氢氧化钙和/或氢氧化镁。由于与Ca(OH)2相比Mg(OH)2在水中非常低的溶解度，Mg(OH)2与CO2的反应速度非常有限并且在存在悬浮的Ca(OH)2下CO2与Ca(OH)2的反应要优选得多。令人吃惊地，通过使用本发明的设备，可以产生富Mg(HCO3)2的碱土金属碳酸氢盐悬浮液，在该悬浮液中也存在Ca(OH)2。
该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质优选具有重量中值粒径(d50)为0.1μm-1mm，优选0.2μm-100μm，更优选0.5-25μm，例如0.7-3μm。
额外地或者可选地，该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质优选具有比表面积(SSA)为0.01-200m2/g，并且更优选1-100m2/g，例如1-15m2/g。为了确定该比表面积，使用德国Malvern Instruments GmbH公司的Mastersizer 2000装置。
在本发明含义中的“比表面积(SSA)”描述了颜料/矿物/固体的材料性能，其测量每克颜料的表面积。单位为m2/g。
在本发明含义中的术语“总颗粒表面积(SSA总)”描述了每吨悬浮液S的总表面积。
在本申请的通篇中，矿物、颜料和/或填料产品的“颗粒尺寸(particlesize)”以其颗粒尺寸分布表示。值dx表示x％重量的颗粒的直径小于dx所相对的直径。这意味着d20值为所有颗粒的20％重量所小于的颗粒尺寸，且d75值为所有颗粒的75％重量所小于的颗粒尺寸。d50值因此为重量中值颗粒尺寸，也即，所有颗粒的50％重量大于或小于此颗粒尺寸。出于本发明的目的，除非另有指示，否则将颗粒尺寸规定为重量中值颗粒尺寸d50。这些值使用德国Malvern Instruments GmbH公司的Mastersizer 2000装置来测量。
此外，该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质可具有盐酸(HCl)不溶内容物为0.02-90％重量，优选0.05-15％重量，基于干物质的总重量。该HCl不溶内容物可以例如是矿物如石英、硅酸盐、云母和/或黄铁矿。
该水优选选自蒸馏水、自来水、脱盐水、盐水(brine)、微咸水(brackishwater)、处理的水或者天然水如地下水、地表水、海水或雨水。该水可包含0-200mg/升的量的NaCl。
海水或微咸水可首先通过开阔海洋进水或诸如水井的地表下进水而用泵抽出海，随后经历诸如筛选、沉淀或除砂方法的物理预处理。诸如凝聚和絮凝的额外处理步骤可能是需要的，以减少本发明设备所用的膜上潜在的积垢。经预处理的海水或微咸水可例如通过如下方式进一步蒸馏：多级闪蒸、多效蒸馏，或者诸如超滤或反渗透的膜过滤，以移除剩余的微粒和溶解物质。
CO2优选选自气体二氧化碳、液体二氧化碳、固体二氧化碳或者二氧化碳与至少一种其它气体的混合物，并且优选气体二氧化碳。当CO2是二氧化碳与至少一种其它气体的混合物时，则该气体混合物是从工业过程如燃烧过程或煅烧过程或类似过程排放的包含二氧化碳的废气。CO2还可以通过使碱金属和/或碱土金属碳酸盐与酸反应而产生。在本发明中使用的酸优选是无机酸如硫酸、盐酸、磷酸，并且优选是硫酸或磷酸。优选地，用以产生CO2的碱金属和/或碱土金属碳酸盐是含碳酸钙的碱土金属碳酸盐，更优选地，碱金属和/或碱土金属碳酸盐与该至少一种碱土金属碳酸盐是相同质量的。如果CO2通过碱金属和/或碱土金属碳酸盐与酸反应而产生，则该酸优选直接计量加入混合单元中(在细分单元集成到混合单元中的情况下)或者在混合单元的出口之后和细分单元的入口之前计量加入系统中(例如针对图2中所示的系统)。此外，它可通过有机物如乙醇、木材及类似材料的燃烧或者通过发酵产生。当使用二氧化碳与至少一种其它气体的混合物时，则二氧化碳的存在量为8至大约99％体积，并且优选10至98％体积，例如95％体积。CO2气体还可包含>99％体积，例如≥99.9％体积。
额外地或者可选地，CO2优选具有的14C衰减为至少500、更优选至少800且最优选至少850至890个衰减/h/g的CO2中的C。
在本发明的一种优选实施方案中，由包含碳酸钙的材料在水性悬浮液中产生1mol的至少一种碱土金属碳酸氢盐所使用的以mol表示的CO2的量的范围仅为0.5-4mol，优选范围仅为0.5-2.5mol，更优选范围仅为0.5-1.0mol，并且最优选范围仅为0.5-0.65mol。
尤其是，该水、该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质和CO2可组合以获得具有6-9的pH值的悬浮液S，其中所产生的悬浮液S包含颗粒。可选地，该水和该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质被组合以获得至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质的碱性水性悬浮液，并且因此该碱性水性悬浮液与CO2组合以获得具有6-9的pH值的悬浮液S，其中该悬浮液S包含颗粒。
在本发明的一种优选实施方案中，该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和相对于碱土金属碳酸盐占少量的任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质的水性悬浮液通过将水与该包含至少一种碱土金属碳酸盐和相对于碱土金属碳酸盐占少量的任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质混合来新鲜制备。
在本发明含义中的术语水性“悬浮液”包含基本上不可溶的固体和水以及任选的另外的添加剂并且通常包含大量的固体并且因而更为粘性并且通常具有比形成其的液体要高的密度。但是，术语“基本上不可溶”并不排除在某些条件下(例如对于水处理)固体物质的至少一部分溶解在水中。
该水性悬浮液的现场制备可是优选的，因为预混合水性悬浮液可能需要添加另外的试剂如稳定剂或者消毒剂。如果需要消毒，优选地，需要用于过氧化氢计量的入口。如果该悬浮液包含残余NaCl，可优选通过安装形成痕量Cl2作为消毒剂的直流电压(DC)电解装置实现消毒。另外，该直流电压(DC)电解装置可连接到并且由Cl2检测器控制。
优选在本发明设备所需要的该至少一个配备有至少两个入口和至少一个出口的混合单元中进行水与包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质的合并和混合，以得到该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质的水性悬浮液。
在这方面要理解的是，该至少一个混合单元可以是本领域技术人员公知的用于合并和/或混合和/或搅拌包含矿物、颜料和/或填料的悬浮液的任意类型的槽和/或容器。
例如，该至少一个混合单元可以是范围为10l-100,000kl，优选50l-50,000kl并且更优选1,000l-25，000kl的槽和/或容器。
额外地或者可选地，本发明的设备包括一个混合单元。
在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个混合单元包括搅拌装置。例如，该搅拌装置选自典型地用于在槽和/或容器中搅拌和混合包含矿物、颜料和/或填料的悬浮液的机械搅拌装置如搅拌叶片。可选地，该搅拌装置选自典型地用于在槽和/或容器中搅拌和混合包含矿物、颜料和/或填料的更浓悬浮液的粉末-液体混合装置。
在本发明的一种优选实施方案中，该搅拌装置是混合机，其中该混合机使得能够同时混合水性悬浮液并且计量气体如CO2。
在本发明的另一优选实施方案中，该至少一个混合单元可配备有气体入口，该气体入口可被定位以使得气体如CO2向该至少一个混合单元中的引入导致该水性悬浮液的充分搅拌。在本发明的一种优选实施方案中，作为气体入口的至少一个入口位于该至少一个混合单元的搅拌装置的空心轴的顶部处。当该气体入口位于该搅拌装置的空心轴的顶部处时，气体如CO2通过真空被引入到混合单元，该真空通过搅拌叶片的旋转引起。但是，气体如CO2也可通过施加至少一些压力经过搅拌装置的空心轴的顶部而被引入到混合单元中。要注意，气体引入的优选实施方案是以下的方案：在该方案中，气体通过由搅拌叶片的旋转引起的真空被引入到混合单元中。而且，该至少一个混合单元可包括搅拌装置如搅拌珠。
取决于所产生的水性悬浮液S的浓度，混合时间可以是5-600分钟，10-200分钟，20-100分钟，或者30-50分钟。
所产生的水性悬浮液S在20℃下优选具有范围为6.5-9，优选6.7-7.9，并且最优选6.9-7.7的pH值。
根据本发明的一种实施方案，所产生的水性“悬浮液S”的水性相具有1-700mg/l，优选50-650mg/l，并且最优选70-630mg/l的钙离子浓度。根据本发明的另一实施方案，包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的该水性“悬浮液S”的水性相具有1-200mg/l，优选2-150mg/l，并且最优选3-125mg/l的镁离子浓度。
根据本发明的一种实施方案，在该至少一个膜过滤单元之后的所产生的水溶液具有1-700mg/l，优选50-650mg/l，并且最优选70-630mg/l的钙浓度。根据本发明的另一实施方案，在该至少一个膜过滤单元之后的包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液具有1-200mg/l，优选2-150mg/l，并且最优选3-125mg/l的镁浓度。
额外地或者可选地，在该至少一个膜过滤单元之后的所产生的水溶液具有低于1.0NTU，优选低于0.5NTU，并且最优选低于0.3NTU的浊度值。
在本发明含义中的“浊度”描述了由裸眼通常不可见的个体颗粒(悬浮固体)所引起的流体的模糊度或混浊度。浊度的测量是水质的关键测试且可用浊度计来进行。用于本发明的来自经校准浊度计的浊度单位规定为比浊法浊度单位(Nephelometric Turbidity Units；NTU)。
在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个混合单元包括加热装置，该加热装置能够将该至少一个混合单元的内容物加热到希望的温度。该至少一个混合单元的内容物典型地利用加热装置调节到5℃-90℃并且优选20℃-50℃的温度。例如，该至少一个混合单元的内容物利用加热装置调节到20℃-40℃并且优选20℃-30℃的温度。
可理解，该加热装置可以是本领域技术人员已知的用于控制和调节容器和/或槽中的温度的任意类型的加热装置。
在该至少一个混合单元中形成的水性悬浮液S具有固含量为0.1-50％重量，优选3-35％重量，更优选5-25％重量，基于所产生的悬浮液S的总重量。在所产生的悬浮液S中获得的颗粒具有总颗粒表面积(SSA总)为至少5000m2/吨所产生的“悬浮液S”。悬浮液S可在混合单元中通过混合水、矿物粉末和/或碳酸钙悬浮液(也被称作浆料)来制备。
在该至少一个混合单元中获得的所产生的悬浮液S的至少一部分如下过滤：使所产生的悬浮液S的至少一部分穿过至少一个膜过滤单元以获得包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液，并且此外，所产生的悬浮液S的颗粒的至少一部分经历颗粒细分步骤。必须要指出的是，所产生的悬浮液S的至少一部分的过滤与颗粒细分步骤并行发生。
所产生的悬浮液S可经过位于该至少一个混合单元处的至少一个出口从该至少一个混合单元间歇或者连续提取。可例如使用周期性打开的阀、旋转阀、沉降腿及类似装置来安排间歇提取。典型地通过使用连续操作的控制阀来安排连续提取。用于间歇或连续提取的一个或多个阀的位置被调节以使得其在该至少一个混合单元中的所产生的悬浮液的典型装料高度之下。优选地，该用于间歇或连续提取的一个或多个阀被定位在该至少一个混合单元的底部。
本发明的一个特定要求因而在于，该设备包括至少一个包含细分装置的细分单元。
要理解，该至少一个细分单元是指以下这样的装置：该装置能够细分固体颗粒和气泡，使得观察到在所获得的悬浮液中颗粒和/或气泡的尺寸降低。
该至少一个细分单元可以是本领域技术人员公知的典型地用于细分或降低包含矿物、颜料和/或填料的悬浮液中的固体颗粒的颗粒尺寸的任意类型的装置。
在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个细分单元是任意类型的研磨装置和/或破碎装置。在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个细分单元是研磨装置。例如，该至少一个细分单元可以是其中主要由与第二实体的碰撞导致细化的任何传统研磨装置，例如球磨机、棒磨机、振动磨碎机、离心冲击磨机、环隙式球磨机、立式球磨机、碾磨机或者其它本领域技术人员已知的这类装置。
在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个细分单元选自立式研磨装置和/或立式破碎装置。可选地，该至少一个细分单元是卧式研磨装置和/或卧式破碎装置。
根据本发明的再一实施方案，该至少一个细分单元是至少一个能够既降低固体颗粒尺寸又降低气泡尺寸的细分装置。此实施方案具有的优点是：两个工艺步骤(即降低固体颗粒尺寸以及气泡尺寸)可以仅仅在该设备的一个组成部分(在这种情况下是该细分单元)中进行。因此不需要两个不同的组成部分来实现固体颗粒尺寸和气泡尺寸的降低，这样就节省了成本和空间并且同时获得两种反应物的最佳颗粒尺寸。
可特别被结合到本发明设备中的一种细分单元是锥形环隙式球磨机。优选下述这样的锥形环隙式球磨机，其中在锥形工作容器(定子)和锥形转子之间的空隙中产生研磨区。该间隙优选范围为4mm-25mm，更优选5mm-20mm并且最优选6mm-15mm，6.5mm-13mm。转子的运动产生研磨介质(金属、玻璃或陶瓷珠)的径向运动。动量放大向外的运动，使得产品剪切力在研磨操作过程中稳定地提高。细分装置如研磨(或碾磨)珠在产品流进入到研磨室中时被自动再引入到产品流中，因此实现了在研磨室中的该介质的连续循环。研磨室的几何形状确保均匀的颗粒尺寸和分布。产品通过具有可变流速的外部泵供应。转子的圆周速度、研磨间隙的宽度、研磨介质的材料和直径、介质填充体积以及流动速度均可用来影响颗粒尺寸降低的结果。这些参数中的每一个可随意愿变化以针对每种产品产生最佳条件。
环隙式球磨机是本领域技术人员已知的。可适用于本发明设备的一种环隙式球磨机包括可由德国Romaco FrymaKoruma公司以FrymaKoruma CoBall MS12、FrymaKoruma CoBall MS18、FrymaKoruma CoBall MS32或FrymaKoruma CoBall MS50获得的环隙式球磨机。
要理解，该至少一个细分单元包含细分装置。该细分装置可选自典型地用于湿磨的本领域技术人员已知的任意类型的研磨装置。尤其是，在用于湿磨的典型条件下耐磨的任意类型的研磨装置是合适的，尤其是在以下的条件下：中性至碱性条件(更具体地在6或更高的pH下，优选在6-13的pH下，并且更优选在6-11的pH下)和/或在高于10℃的温度下(更具体地在10-90℃的温度下，优选在15-70℃的温度下，并且更优选在20-50℃的温度下)。
在本发明的一种优选实施方案中，该细分装置是活动珠，优选是大部分不规则形状的活动珠。在这方面要理解，作为该至少一个细分单元的一部分的细分装置具有的重量中值粒径d50值为0.01mm-100mm，优选0.1mm-75mm并且最优选0.5mm-5mm。
作为该至少一个细分单元的一部分的细分装置(优选活动珠的形式)由矿物、颜料和/或填料材料制成。在本发明的一种优选实施方案中，待纯化和/或待制备的矿物、颜料和/或填料优选由相同材料制成。
例如，如果待纯化的矿物、颜料和/或填料是大理石，则细分装置也由大理石制成。如果待纯化的矿物、颜料和/或填料是石灰石，则细分装置也由石灰石制成。如果待纯化的矿物、颜料和/或填料是白垩，则细分装置也由白垩制成。如果待纯化的矿物、颜料和/或填料是白云石，则细分装置也由白云石制成。因此可理解，细分装置优选由大理石、石灰石、白垩、白云石及其混合物制成。
可选地，作为该至少一个细分单元的一部分的细分装置(优选活动珠的形式)和待纯化和/或待制备的矿物、颜料和/或填料优选由不同材料制成。在这种情况下，珠粒的材料可独立地从待纯化和/或待制备的矿物、颜料和/或填料的材料中选择。
因此要理解，作为该至少一个细分单元的一部分的细分装置(优选活动珠的形式)由选自以下的材料制成：石英砂、玻璃、瓷、氧化锆、硅酸锆以及其混合物，任选地包含占少量的其它矿物。
在本发明的一种优选实施方案中，该细分装置是氧化锆和氧化铈和/或氧化钇的熔融掺混物，最优选地，该细分装置由80-84％重量氧化锆和20-16％重量氧化铈的混合物构成。
在这方面，在该至少一个混合单元中制备的悬浮液S的至少一部分经历所述至少一个细分单元以用于悬浮液S中所含的颗粒以及气泡的尺寸降低。在一种优选实施方案中，该至少一个细分单元是研磨和/或破碎装置，并且最优选是研磨装置。在该至少一个细分单元中的气泡以及悬浮液S中所含的颗粒的尺寸降低提供的益处是：通过连续产生新鲜制备且因此的该物质的活性表面而提高了本发明设备中的(化学)反应速度，其中该物质包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物。另外，在该至少一个细分单元中的气泡以及悬浮液S中所含的颗粒的这种尺寸降低使得该工艺能够连续操作。
在本发明的一种优选实施方案中，在该至少一个细分单元之后获得的水性悬浮液具有的硬度为5-130°dH，优选10-60°dH，并且最优选15-50°dH。
对于本发明的目的，该硬度是指德国硬度并且以“德国硬度，°dH”表示。在这方面，该硬度是指在包含碱土金属碳酸氢盐的水溶液中碱土金属离子的总量，并且通过络合滴定法在pH 10下使用乙二胺四乙酸(EDTA)以及羊毛铬T作为等当点指示剂来测量。
在该至少一个细分单元之后获得的水性悬浮液在20℃下优选具有pH值为6.5-9，优选6.7-7.9，并且最优选6.9-7.7。
额外地或者可选地，在该至少一个细分单元之后获得的水性悬浮液的水性相具有钙离子浓度为1-700mg/l，优选50-650mg/l，并且最优选70-630mg/l。根据另一种实施方案，在该至少一个细分单元之后获得的水性悬浮液的水性相具有镁离子浓度为1-200mg/l，优选2-150mg/l，并且最优选3-125mg/l。
根据本发明的再一实施方案，在该至少一个细分单元之后获得的水性悬浮液的水性相具有浊度值为小于1.0NTU，优选小于0.5NTU，并且最优选小于0.3NTU。
本发明设备包括该至少一个细分单元，使得它相对于该至少一个膜过滤单元以并联布置的方式组装或者被引入到该至少一个混合单元中。该至少一个细分单元可被布置为在该至少一个混合单元中所含的所产生的悬浮液S的仅仅一部分在循环回到该至少一个混合单元之前经过该至少一个细分单元(“并联布置”)。如果该至少一个细分单元被引入到该至少一个混合单元中，则所产生的悬浮液S的一部分或者全部经过该至少一个细分单元。
在该至少一个混合单元的所产生的悬浮液S经过该至少一个细分单元之前和/或同时和/或之后，悬浮液S经过至少一个膜过滤单元。
本发明的一个特定要求因而在于，该设备包括至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的膜过滤单元。
要理解，该至少一个膜过滤单元连接到该至少一个混合单元。优选地，该至少一个膜过滤单元连接到该至少一个混合单元，使得在该至少一个膜过滤单元中获得的截留物或渗余物循环回到本发明设备的该至少一个混合单元。
在本申请含义中的术语“截留物或渗余物”是指悬浮液S中保留在该至少一个膜过滤单元中的部分，因为其无法通过作为该膜过滤单元的一部分的膜的孔并且因而不能通过该至少一个膜过滤单元的过滤器系统。
作为该设备的一部分的该至少一个膜过滤单元可以是典型地用于过滤包含矿物、颜料和/或填料的水性悬浮液的本领域技术人员已知的任意类型的膜过滤器。例如可使用微过滤膜和/或超滤膜。
要理解，在该膜过滤单元的内部与周围环境之间存在压力差，从而使得从该悬浮液分离悬浮的颗粒并且获得澄清的溶液。优选地，在该膜过滤单元的内部的压力高于周围环境的压力。
微过滤膜是下述这样的膜，该膜具有0.1-10μm的孔尺寸并且典型地用于将悬浮的颗粒从悬浮液分离。微过滤膜可以是陶瓷、聚合物或者其它合成材料的。优选地，所述膜具有反脉冲能力，即滤出液由于压力穿过膜到该水性悬浮液的浓集侧的反向流动消除了污染物的累积，而该污染物往往降低该膜的流速。与此相比，超滤膜是下述这样的膜，该膜具有0.001-0.1μm的孔尺寸并且用于从悬浮液分离乳液、蛋白质和大分子。构成材料典型地与微过滤膜相同。超滤膜是如上所述的反脉冲的，或者通过将滤出液阀关闭一定的时间周期而是反洗的。
例如，该至少一个膜过滤单元是交叉流膜过滤装置。在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个膜过滤单元是交叉流膜微过滤装置。额外地或者可选地，该至少一个膜过滤单元是交叉流膜超滤装置。
交叉流膜过滤装置是本领域技术人员已知的。可适合于本发明设备的一种交叉流膜过滤装置包括可由德国Microdyn-Nadir GMBH公司以Mycrodyn Modul CMB 150获得的交叉流膜过滤装置。
要理解，该至少一个膜过滤单元包括至少一个板状过滤器和/或管式过滤器和/或毛细管过滤器膜。优选地，该至少一个膜过滤单元包括至少一个管式过滤器膜。如果该至少一个膜过滤单元包括至少一个管式过滤器膜，则该管式过滤器膜优选具有0.01mm-25mm，更优选0.1mm-10mm并且最优选0.1-7.5mm的管的内径。例如，该管式过滤器膜具有1mm-7.5mm并且优选2.5mm-7.5mm的管的内径。
如果该至少一个膜过滤单元包括至少一个毛细管过滤器膜，则该毛细管过滤器膜优选具有0.01mm-0.5mm，并且更优选0.05mm-0.2mm的毛细管的内径。
管式过滤器膜是优选地，因为它们为在相对低操作压力和高再循环流速下的固体分离提供优异的流动条件，因为湍流在膜表面处产生。
在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个膜过滤单元包括至少一个具有0.01μm-10μm，优选0.05-5μm并且最优选0.1-2μm的孔尺寸的膜。
还要理解，穿过该交叉流膜过滤装置的至少一个膜的流动速度是0.1m/s-10m/s，优选0.5m/s-5m/s并且最优选1m/s-4m/s。额外地或者可选地，在该交叉流膜过滤装置的入口处的压力是0巴-30巴，优选0.2巴-10巴并且最优选0.5-5巴。
在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个膜由选自以下的材料制成：烧结的材料、多孔瓷、合成聚合物如聚乙烯、聚丙烯或以及其混合物。
在本发明的一种优选实施方案中，在该至少一个膜过滤单元之后获得的水溶液具有5-130°dH，优选10-60°dH，并且最优选15-50°dH的硬度。
在该至少一个膜过滤单元之后获得的水溶液在20℃下优选具有6.5-9，优选6.7-7.9，并且最优选6.9-7.7的pH值。
额外地或者可选地，在该至少一个膜过滤单元之后获得的水溶液具有1-700mg/l，优选50-650mg/l，并且最优选70-630mg/l的钙浓度。根据另一实施方案，在该至少一个膜过滤单元之后获得的水溶液具有1-200mg/l，优选2-150mg/l，并且最优选3-125mg/l的镁浓度。
根据本发明的再一实施方案，在该至少一个膜过滤单元之后获得的水溶液具有小于1.0NTU，优选小于0.5NTU，并且最优选小于0.3NTU的浊度值。
本发明设备包括该至少一个膜过滤单元，使得其以相对于该至少一个细分单元并联布置的方式装配和/或如果该至少一个细分单元被引入到该至少一个混合单元中的话以串联布置的方式装配。该至少一个膜过滤单元可被布置为使得：在所获得的截留物或渗余物(即悬浮液S中保留在该至少一个膜过滤单元中的部分，因为其无法穿过作为膜过滤单元的一部分的膜的孔)被循环回该至少一个混合单元之前，在该至少一个混合单元中所含的所产生的悬浮液S的仅仅一部分被供应到该至少一个膜过滤单元。如果该至少一个细分单元被引入到该至少一个混合单元中，所产生的悬浮液S的一部分或者全部被供应到该至少一个膜过滤单元，以使得所获得的截留物或渗余物被循环回该至少一个细分单元，该至少一个细分单元被引入到该至少一个混合单元中。
本发明设备的一个特定要求在于，作为该设备的一部分的所需要的单元是以流体连通的方式连接的。换言之，该设备的单个单元通过在其内提供的一个或多个管子或管道直接或间接地连通单元和/或连接在单元之间，使得流体连接管(或管线)从一个单元的出口伸出并且与另一个单元的入口连接。
因而可理解，该设备包括至少三个出口，优选至少四个出口并且更优选至少五个出口。在本发明的一种优选实施方案中，该设备包括至少三个出口或者至少五个出口。额外地或者可选地，该设备包括至少四个入口，优选至少五个入口并且更优选至少六个入口。在本发明的一种优选实施方案中，该设备包括至少五个入口或者至少六个入口。
例如，该设备包括至少三个出口，优选至少四个出口并且更优选至少五个出口或者至少四个入口，优选至少五个入口并且更优选至少六个入口。可选地，该设备包括至少三个出口，优选至少四个出口并且更优选至少五个出口并且至少四个入口，优选至少五个入口并且更优选至少六个入口。尤其是，该设备包括至少三个出口和至少五个入口，例如三个出口和五个入口。可选地，该设备包括至少五个出口和至少六个入口，例如五个出口和六个入口。
优选地，为该设备提供的所有出口均是液体出口。
本发明设备的一个特定要求在于，该至少一个混合单元配备有至少两个入口和至少一个出口。
在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个混合单元配备有至少两个出口。额外地或者可选地，该至少一个混合单元配备有至少三个入口，优选至少四个入口。优选地，该至少一个混合单元配备有至少一个出口和至少三个入口，优选至少四个入口。例如，该至少一个混合单元配备有一个出口和三个入口，优选四个入口。在本发明的另一优选实施方案中，该至少一个混合单元配备有至少两个出口和至少三个入口，优选至少四个入口。例如，该至少一个混合单元配备有两个出口和三个入口，优选四个入口。在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个混合单元配备有多个入口和多个出口。
优选地，位于该至少一个混合单元处的至少一个入口是粉末入口。
还要理解，该至少一个膜过滤单元配备有至少一个入口和至少一个出口。优选地，该至少一个膜过滤单元配备有至少一个入口和至少两个出口。更优选地，该至少一个膜过滤单元配备有多个入口和多个出口。
一个特定的要求在于，该至少一个混合单元的至少一个出口连接到该至少一个膜过滤单元的至少一个入口并且该至少一个膜过滤单元的至少一个出口连接到该至少一个混合单元的至少一个入口。在此方面，要理解，在该至少一个膜过滤单元中获得的截留物或渗余物被再循环回本发明设备的该至少一个混合单元。
在本发明的一种实施方案中，滤出液的至少一部分，即通过使所产生的悬浮液S经过该至少一个膜过滤单元的过滤器系统所获得的包含矿物、颜料和/或填料的可溶性盐的经过滤的水溶液，可从该至少一个膜过滤单元排放。因此，该至少一个膜过滤单元优选配备有适合于排放包含矿物、颜料和/或填料的可溶性盐的经过滤的水溶液的至少一部分的出口。
矿物、颜料和/或填料的纯化和/或沉淀碱土金属碳酸盐的制备和/或水的矿化可被进行，以使得CO2被引入到该设备中。在本发明的一种优选实施方案中，为该设备配备的至少一个入口是气体入口。优选地，该至少一个气体入口是CO2入口。例如，本发明设备包括一个气体入口。
要理解，该至少一个气体入口可位于该混合单元处和/或该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间。在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个气体入口位于该混合单元处或者该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间。
如果该至少一个气体入口位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间，该气体入口优选是文氏管注射器。更优选地，该文氏管注射器位于该至少一个混合单元的出口和该至少一个细分单元的入口之间。在本专利申请的含义中，文氏管注射器是泵状装置，其利用会聚-分叉喷嘴的文氏管效应以将运动流体的压力能转换为速度能，其产生低压区，该低压区通过抽吸而吸入或者带走流体。在经过注射器的喉部之后，混合流体膨胀并且速度被降低，这通过将速度能转换回压力能而导致再压缩混合流体。该运动流体可以是液体、蒸汽或者其它任何气体。通过抽吸带走的流体可以是气体、液体、浆料或者载有灰尘的气体流。
该文氏管注射器可位于该至少一个泵之前(即更接近混合单元)或者之后(即更接近细分单元)，该至少一个泵位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间。使用文氏管注射器的一个优点在于由发电所产生的气体如CO2可被引入到可利用本发明设备进行的工艺中，这样该工艺可以是几乎CO2中性(neutral)运行的。
在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个气体入口位于该至少一个混合单元处。例如，该至少一个气体入口可被定位为使得获得气体向包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的水性悬浮液中的引入。
在本发明的另一优选实施方案中，该搅拌装置与气体入口组合以使得在包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的水性悬浮液中获得充分的混合或者搅拌。
例如，如果该至少一个细分单元被集成到该至少一个混合单元中，则作为气体入口的至少一个入口位于该至少一个混合单元的搅拌装置的空心轴的顶部处。
流动控制阀或其它装置可用于控制二氧化碳到包含待纯化的矿物、颜料和/或填料的悬浮液中的流动速率。例如，CO2计量块或者CO2在线测量装置可用于控制CO2流的速率。二氧化碳的计量优选通过产生的碱土金属碳酸氢盐水溶液的pH值控制。
因此要理解，该至少一个混合单元包括至少两个作为液体入口的入口。优选地，该至少一个混合单元包括至少三个液体入口并且更优选至少四个液体入口。
在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个混合单元包括至少两个作为液体入口的入口，更优选至少三个作为液体入口的入口以及作为气体入口的至少一个入口。例如，该至少一个混合单元包括两个作为液体入口的入口，更优选三个作为液体入口的入口以及一个作为气体入口的入口。优选地，该至少一个混合单元包括三个作为液体入口的入口以及一个作为气体入口的入口。
在本发明的另一优选实施方案中，该至少一个混合单元包括至少三个作为液体入口的入口，更优选至少四个作为液体入口的入口。
在至少一个气体入口位于该至少一个混合单元处的情况下，该至少一个混合单元优选进一步配备有至少三个作为液体入口的入口。例如，该至少一个混合单元配备有一个作为气体入口的入口以及三个作为液体入口的入口。
额外地或者可选地，该至少一个混合单元进一步包括至少一个作为粉末入口的入口。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个细分单元包括至少一个入口和至少一个出口。优选地，该至少一个细分单元包括一个入口和一个出口。在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个细分单元配备有多个入口和多个出口。
在本发明的一种优选实施方案中，该至少一个混合单元的至少一个出口连接到该至少一个细分单元的至少一个入口并且该至少一个细分单元的至少一个出口连接到该至少一个混合单元的至少一个入口。
可选地，该至少一个细分单元被集成到该至少一个混合单元中。优选地，如果该至少一个细分单元被集成到该至少一个混合单元中，作为气体入口的至少一个入口位于该至少一个混合单元的搅拌装置的空心轴的顶部处。
优选地，如果该至少一个混合单元的至少一个出口连接到该至少一个细分单元的至少一个入口并且该至少一个细分单元的至少一个出口连接到该至少一个混合单元的至少一个入口，则作为气体入口的至少一个入口位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间。更优选地，如果该至少一个混合单元的至少一个出口连接到该至少一个细分单元的至少一个入口并且该至少一个细分单元的至少一个出口连接到该至少一个混合单元的至少一个入口，则作为气体入口的至少一个入口位于该至少一个细分单元的供料泵和该至少一个细分单元之间。最优选地，作为气体入口的至少一个入口位于该至少一个细分单元的入口处。
如果作为气体入口的至少一个入口位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间，则该至少一个混合单元优选仅仅配备液体入口。优选地，该至少一个混合单元配备有至少三个液体入口，更优选至少四个液体入口。例如，该至少一个混合单元配备有四个液体入口。
在本发明的一种优选实施方案中，该设备包括至少一个用于调节该至少一个混合单元的装料水平、泵速度、pH值、传导率、钙离子浓度(例如通过离子敏感电极)和/或温度的控制单元。该至少一个用于调节该至少一个混合单元的装料水平、泵速度、pH值、传导率、钙离子浓度(例如通过离子敏感电极)和/或温度的控制单元可共同操作或分别操作。
流体从作为该设备的一部分的一个单元到作为该设备的一部分的另一个单元的流动可借助于一个或多个中间(并且未被特别提及或描述)装置、泵或设施实现。而且，这种流动可以是或者可以不是可选择性中断的，例如通过阀、开关、控制单元和/或其它合适的部件实现。
在本发明的一种优选实施方案中，该设备包括至少一个泵，优选至少两个泵并且最优选至少三个泵，用于将水性悬浮液S从该设备的一个单元引导到作为该设备的一部分的另一个单元。例如，该设备包括至少一个位于该至少一个混合单元和该至少一个膜过滤单元之间的泵。该泵优选被设计为使得水性悬浮液S被从该至少一个混合单元引导到该至少一个膜过滤单元。
额外地或者可选地，该设备包括至少一个位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间的泵。该泵优选被设计为使得该水性悬浮液S被从该至少一个混合单元引导到该至少一个细分单元。要理解，位于该至少一个混合单元和该至少一个膜过滤单元之间的该至少一个泵优选是文氏管注射器。更优选地，该文氏管注射器位于该至少一个混合单元的出口和该至少一个细分单元的入口之间。例如，该文氏管注射器位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间的连接件如管子或管道处。要注意，前述内容仅仅应用于其中该至少一个细分单元未被集成到该混合单元中的实施方案。
在本发明的一种优选实施方案中，该设备包括至少两个泵，一个泵位于该至少一个混合单元和该至少一个膜过滤单元之间，一个泵则位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间。
例如，如果该至少一个细分单元被集成到该至少一个混合单元中，则该设备优选仅仅包括一个位于该至少一个混合单元和该至少一个膜过滤单元之间的泵。否则，该设备优选包括两个泵。如果该设备包括两个泵，则一个泵优选位于该至少一个混合单元和该至少一个膜过滤单元之间，而另一个优选位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间。
还要理解，向该至少一个膜过滤单元供料的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h表示)是该至少一个混合单元的体积的0.01-100倍。
额外地或者可选地，向该至少一个细分单元供料的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h表示)与向该至少一个膜过滤单元供料的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h表示)之比在1:1和1:1000之间。优选地，向该至少一个细分单元供料的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h表示)与向该至少一个膜过滤单元供料的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h表示)之比在1:5和1:250之间。
在本发明的一种优选实施方案，该设备被配置为实现连续纯化矿物、颜料和/或填料和/或制备沉淀碱土金属碳酸盐。但是，本发明的设备还可被配置为使得实现矿物、颜料和/或填料的纯化和/或沉淀碱土金属碳酸盐的制备的半批量模式。在这种情况下，所产生的悬浮液S可例如具有总颗粒表面为大约1000000m2/吨并且被提供到本发明的设备。然后，产品(即碱土金属碳酸氢盐的水溶液)被从该设备排放，一直到剩余的所产生的悬浮液S具有总颗粒表面为大约1000m2/吨，然后将新的量的该至少一种物质提供给本发明的设备，该至少一种物质包含至少一种碱土金属碳酸盐和相对于碱土金属碳酸盐来说为少量的任选的至少一种碱土金属氢氧化物。要注意，总颗粒表面可在该连续设备的每个点的过程中通过确定水性悬浮液S的比表面积(SSA总)和水性悬浮液S的干含量来确定。
如果该设备以连续模式提供，则该设备优选通过排放的包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液的量来控制。排放的包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液的量可通过容积法，例如通过流量计，或者通过重量分析法，例如通过使用天平(scale)来确定。这个值(即排放的包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液的量)优选用于控制(新鲜)供料水阀。
水性悬浮液S的固含量的测量以重量分析方式进行。
在本发明的一种优选实施方案中，该设备的各种单元可共同地或者单独地供电以用于操作。优选地，本发明设备所要求的电力的至少一部分或者全部来源于太阳能，例如来源于热和/或伏安太阳能电池板。
所获得的所产生的悬浮液S优选具有固含量为0.1-80％重量，优选3-50％重量，更优选5-35％重量，基于所产生的悬浮液S的总重量。额外地或者可选地，在该至少一个细分单元之后获得的悬浮液S中的颗粒具有比表面积(SSA总)为5000-5000000m2/吨所产生的悬浮液S，优选10000-5000000m2/吨所产生的悬浮液S，并且更优选70000-500000m2/吨所产生的悬浮液S，例如100000-500000m2/吨。
在该至少一个细分单元和/或该至少一个膜过滤单元之后获得的所产生的悬浮液S和/或水溶液优选包含至少一种碱土金属碳酸氢盐。
根据本发明的一种实施方案，在该至少一个细分单元和/或该至少一个膜过滤单元之后获得的水性悬浮液S和/或水溶液优选包含碳酸氢钙，优选量为25-150mg/l，和/或碳酸氢镁，优选量为>0-50mg/l。额外地或者可选地，在该至少一个细分单元和/或该至少一个膜过滤单元之后获得的水性悬浮液S和/或水溶液优选包含碳酸氢钙和碳酸氢镁的混合物，优选总量是25–200mg/l。
在本发明的一种优选实施方案中，在该至少一个细分单元和/或该至少一个膜过滤单元之后获得的水性悬浮液S和/或水溶液优选包含45mg/l的碳酸氢钙，或者80-120mg/l的碳酸氢钙和20-30mg/l的碳酸氢镁。
当使用包含白云石、半烧和/或全烧白云石的材料作为包含碱土金属碳酸盐的材料时，可获得碳酸氢钙和碳酸氢镁的混合物。在本发明的含义中，烧白云石包含氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)，而半烧白云石包含氧化镁(MgO)形式的Mg和碳酸钙(CaCO3)形式的Ca，但也可包含一些少量的氧化钙(CaO)。
通过加热在该至少一个细分单元和该至少一个膜过滤单元之后获得的所产生的渗透物溶液，水从该溶液中蒸发，并且在某个时间点碱土金属碳酸盐开始从该溶液中沉淀出。
在该至少一个细分单元和该至少一个膜过滤单元之后获得的所产生的渗透物溶液的所述加热可在包括加热装置的该至少一个混合单元中实现。可选地，在该至少一个细分单元和该至少一个膜过滤单元之后获得的所产生的渗透物溶液可被引导到包括加热装置的另一混合单元。
在本发明的一种优选实施方案中，该渗透物溶液典型地利用该加热装置调节到45℃-90℃并且优选55℃-80℃的温度。
下面将结合附图涉及该设备的两种实施方案更详细地描述本发明。
如在图2中所示，本发明设备的一种实施方案包括混合单元(1)，该混合单元(1)配备有搅拌器(2)、至少一个用于水的入口(14)和用于待纯化和/或待制备的矿物、颜料和/或填料的入口(6)，所述矿物、颜料和/或填料是干燥形式或者含水形式。与混合单元(1)的出口连接的有配备有至少一个入口和至少一个出口的膜过滤单元(4)，其中在混合单元(1)中获得的所产生的悬浮液S的至少一部分被供应到此。膜过滤单元(4)优选保留水性悬浮液S中包含的粗颗粒，即所有尺寸为至少0.2μm的颗粒。离开膜过滤单元(4)的所产生的悬浮液S的至少一部分经由连接件(12)如管子或管道再循环回混合单元(1)。因此，膜过滤单元(4)连接到该混合单元以使得膜过滤单元(4)的内容物可再循环到混合单元(1)。尤其是，要注意，在膜过滤单元(4)中获得的截留物或渗余物被再循环回混合单元(1)。本发明设备的一个特定要求在于，混合单元(1)的至少一个出口连接到膜过滤单元(4)的至少一个入口并且膜过滤单元(4)的至少一个出口连接到混合单元(1)的至少一个入口。
任选地，经过滤的包含待纯化和/或待制备的矿物、颜料和/或填料的可溶性盐的水溶液的至少一部分(即滤出液(10))可经由出口从膜过滤单元(4)排放。因此，膜过滤单元(4)可配备有另一出口，用于排放包含矿物、颜料和/或填料的可溶性盐的水溶液的至少一部分，即通过使所产生的悬浮液S经过该至少一个膜过滤单元(4)的过滤器系统而获得的滤出液(10)。
排放的包含矿物、颜料和/或填料的可溶性盐的溶液(即滤出液(10))可任选地经历进一步处理(16)，例如机械处理，优选通过脱气装置，例如通过超声和/或真空装置。最优选地，通过脱气装置获得的所产生的气体相通过文氏管注射器经由气体管再注入到该工艺，例如混合单元(1)和细分单元(18)之间的管子或管道，并且真空优选通过此文氏管注射器产生。另外，生物杀灭剂或其它添加剂可被添加到该工艺中，以改变溶液的pH值(例如添加碱如NaOH)、溶液的传导率或者溶液的硬度。作为另外的选项，从膜过滤单元(4)排放的包含矿物、颜料和/或填料的可溶性盐的澄清水溶液(即滤出液(10))可利用另外的水稀释。保留在过滤装置中的水性悬浮液S中所含的粗矿物、颜料和/或填料可任选地再循环到反应器，即再循环到该至少一个混合单元(1)，以便可用于进一步的转化和/或纯化。
与膜过滤单元(4)并行地，该设备包括细分单元(18)，该细分单元(18)包含细分装置。该研磨装置(18)连接到混合单元(1)以使得细分单元(18)的内容物的至少一部分可被再循环到混合单元(1)。因此，混合单元(1)的至少一个出口连接到细分单元(18)的至少一个入口。此外，细分单元(18)的至少一个出口连接到混合单元(1)的至少一个入口。
pH值为6-9的混合单元(1)中获得的所产生的悬浮液S的一部分经由连接件(8)如管子或管道被供应到膜过滤单元(4)，而pH值为6-9的混合单元(1)中获得的所产生的悬浮液S的另一部分被供应到细分单元(18)。在此实施方案中，CO2(22)优选在该细分单元(18)之前被供应到该设备中。在细分单元(18)之后获得的所产生的经研磨的水性悬浮液然后从细分单元(18)循环回(24)到混合单元(1)。
如在图3中所示，本发明设备的一种实施方案包括在其中集成了细分单元的混合单元(1)。组合的混合/细分单元(1)配备有搅拌器(2)以及另外的细分装置如研磨珠。此外，该设备包括至少一个用于水的入口(14)和待纯化和/或待制备的矿物、颜料和/或填料的入口(6)，所述矿物、颜料和/或填料是干燥或者含水形式。与组合的混合/细分单元(1)的出口连接的有配备有至少一个入口和至少一个出口的膜过滤单元(4)，而在组合的混合/细分单元(1)中获得的所产生的悬浮液S的至少一部分在其中经过。膜过滤单元(4)优选保留水性悬浮液中包含的粗颗粒，即所有尺寸为至少0.2μm的颗粒。离开膜过滤单元(4)的所产生的悬浮液S的至少一部分经由连接件(12)如管子或管道再循环回组合的混合/细分单元(1)。因此，膜过滤单元(4)连接到组合的混合/细分单元(1)以使得膜过滤单元(4)的内容物可再循环到组合的混合/细分单元(1)。尤其是，要注意，在膜过滤单元(4)中获得的截留物或渗余物被再循环回组合的混合/细分单元(1)。本发明设备的一个特定要求在于组合的混合/细分单元(1)的至少一个出口连接到膜过滤单元(4)的至少一个入口并且膜过滤单元(4)的至少一个出口连接到组合的混合/细分单元(1)的至少一个入口。
任选地，经过滤的包含待纯化和/或待制备的矿物、颜料和/或填料的可溶性盐的水溶液的至少一部分(即滤出液(10))可经由出口从膜过滤单元(4)排放。因此，膜过滤单元(4)可配备有另一出口，用于排放包含矿物、颜料和/或填料的可溶性盐的水溶液的至少一部分，即通过使所产生的悬浮液S经过该至少一个膜过滤单元(4)的过滤器系统而获得的滤出液(10)。
排放的包含矿物、颜料和/或填料的可溶性盐的溶液(即滤出液(10))可任选地经历进一步处理(16)，例如机械处理或者添加生物杀灭剂或其它添加剂，以改变溶液的pH值(例如添加碱如NaOH)、溶液的传导率或者溶液的硬度。作为另外的选项，从膜过滤单元(4)排放的包含矿物、颜料和/或填料的可溶性盐的澄清水溶液可利用另外的水稀释。保留在过滤装置中的该悬浮液中所含的粗矿物、颜料和/或填料颗粒可任选地再循环到反应器，即再循环到组合的混合/细分单元(1)，以便可用于进一步的转化和/或纯化。
因此，pH值为6-9的组合的混合/细分单元(1)中获得的所产生的悬浮液S的至少一部分经由连接件(8)如管子或管道被供应到膜过滤单元(4)。在此实施方案中，CO2(22)优选被供应到该设备的组合的混合/细分单元(1)。优选地，搅拌器(2)是混合机，其中同时混合水性悬浮液和计量CO2(4)是可能的。
图4显示了文氏管注射器(26)，其可被用作根据本发明的设备的气体入口。该文氏管注射器是泵状装置，利用会聚-分叉喷嘴的文氏管效应以将运动流体的压力能转换为速度能，其产生低压区，该低压区通过抽吸而吸入和带走流体。在经过注射器的喉部之后，混合流体膨胀并且速度被降低，这通过将速度能转换回压力能而导致再压缩混合流体。该运动流体可以是液体、蒸汽或者其它任何气体。通过抽吸带走的流体可以是气体、液体、浆料或者载有灰尘的气体流。
在本情况下，该文氏管注射器用于在来自混合单元的悬浮液S中吸取CO2气体，以获得包含CO2气泡的水性悬浮液S。
该文氏管注射器可位于该至少一个泵之前(即更接近混合单元)或者之后(即更接近细分单元)，该至少一个泵位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间。使用文氏管注射器的一个优点在于由发电所产生的气体如CO2可被引入到可利用本发明设备进行的工艺中，这样该工艺可以是几乎CO2中性运行的。
附图说明
图1示出了在现有技术中描述的设备。
图2示出了本发明设备的一种实施方案，该设备包括混合单元、细分单元和膜过滤单元，其中该至少一个混合单元的至少一个出口连接到该至少一个膜过滤单元的至少一个入口并且该至少一个膜过滤单元的至少一个出口连接到该至少一个混合单元的至少一个入口。
图3示出了本发明设备的一种实施方案，该设备包括集成在混合单元中的细分单元以及膜过滤单元，其中该至少一个混合单元的至少一个出口连接到该至少一个膜过滤单元的至少一个入口并且该至少一个膜过滤单元的至少一个出口连接到该至少一个混合单元的至少一个入口。
图4示出了文氏管注射器，其可被用作根据本发明的设备的气体入口。
具体实施方式
基于旨在说明本发明的某些实施方案的非限制性的以下实施例将可以更好地理解本发明的范围和益处。
实施例
材料的比表面积(SSA)
比表面积(SSA)使用Malvern Mastersizer 2000测定(基于佛劳恩霍菲方程)。
颗粒材料的颗粒尺寸分布(直径<X的颗粒的质量％)及重量中值粒径(d50)
颗粒材料的重量中值粒径及粒径质量分布使用Malvern Mastersizer2000确定(基于佛劳恩霍菲方程)。
水性悬浮液或溶液的pH值
pH值使用Mettler-Toledo pH计测量。pH电极的校准使用pH值4.01、7.00和9.21的标准来进行。
水性悬浮液的固含量
使用瑞士Mettler-Toledo公司的Moisture Analyser HR73，在以下设置下测定悬浮液固含量(也称为“干重”)：120℃的温度、自动切断3、标准干燥、5g至20g的悬浮液。
浊度
浊度使用Hach Lange 2100AN IS实验室浊度计测量并且使用<0.1、20、200、1000、4000和7500NTU的StabCal浊度标准(Formazine标准)进行校准。
硬度的确定(德国硬度；以“°dH”表示)
该硬度是指在包含碱土金属碳酸氢盐的水性悬浮液中的碱土金属离子的总量，并且通过络合滴定法使用乙二胺四乙酸(EDTA；商品名Titriplex III)以及羊毛铬T作为等当点指示剂来测量。
EDTA(螯合剂)与离子Ca2+和Mg2+形成可溶的稳定螯合络合物。2ml的25％氨悬浮液、氨/醋酸铵缓冲剂(pH 10)和羊毛铬黑T指示剂被添加到100ml的待试验的水样品中。该指示剂和缓冲剂通常以所谓“指示剂-缓冲剂片”获得。该指示剂当利用黄色染色掩蔽时与Ca2+和Mg2+离子形成红色络合物。在滴定结束时，也就是当所有离子被螯合剂结合时，剩余的羊毛铬黑T指示剂是其游离形式，其显示为绿色。当指示剂未被掩蔽时，则颜色从品红变为蓝色。总硬度可由已被使用的EDTA的量计算。
下表1显示了水硬度的不同单位的转换。
表1
[1]在这方面，单位ppm在1mg/l CaCO3的含义中使用
对比设备
在图1中示出了用于对比实施例的设备(装置A)的一般工艺流程图。该设备包括供料槽体积为50l的供料槽(其供应有45l的悬浮液)作为包括搅拌器的混合单元以及交叉流膜微过滤器，其中引入到该混合单元中的包含矿物、颜料和/或填料的悬浮液经由位于混合单元处的出口被抽取并且被引导并经过交叉流膜微过滤器。离开该交叉流膜微过滤器的滤出液的至少一部分被引导回到该混合单元。交叉流膜微过滤器具有0.6m2的总膜面积(0.2m2/组件的3个组件系列)和6mm的内部管径。
本发明设备
在图2中示出了根据本发明的一种设备(装置B)的一般工艺流程图。该设备包括供料槽体积为50l的供料槽(其供应有45l的悬浮液)作为包括搅拌器的混合单元以及交叉流膜微过滤器和细分单元(它们并联安装)。被引入到该混合单元中的包含矿物、颜料和/或填料的悬浮液因而可经由位于混合单元处的至少两个出口被同时或者独立地抽取并且被引导并经过交叉流膜微过滤器和/或细分单元。离开该交叉流膜微过滤器的滤出液和/或离开该细分单元的悬浮液的至少一部分被引导回到该混合单元。交叉流膜微过滤器具有0.6m2的总膜面积(0.2m2/组件的3个组件系列)和6mm的内部管径。
在图3中示出了根据本发明的另一设备(装置C)的一般工艺流程图。该设备包括混合单元，在该混合单元中集成有细分单元并且配备有搅拌器和由氧化锆制成的研磨珠。该设备进一步包括交叉流膜微过滤器以使得被引入到混合/细分单元中的包含矿物、颜料和/或填料的悬浮液可经由位于混合/细分单元处的出口被抽取并且被引导并经过交叉流膜微过滤器。离开该交叉流膜微过滤器的滤出液的至少一部分被引导回该混合/细分单元。
在本发明实施例中使用的供料水由瑞士Christ，Aesch的Elite 1BTH型的离子交换设备获得，该供料水在离子交换之后具有以下的水规格：
实施例1，Microdol A extra(白云石)
在本实施例中，从Knarrevik的Norwegian Talc公司获得的MicrodolA extra白云石被用作该至少一种碱土金属碳酸盐。
实施例1中的试验的目的在于在环境温度下由白云石生产pH为7.2±0.1的碱土金属碳酸氢盐的悬浮液。
在该试验开始时的白云石供料材料具有0.35μm的d10、2.75μm的d50和10.53μm的d90。
反应和操作条件在表2和3中给出。
对比：
试验a)装置A，(槽温度23℃)
到交叉流膜微过滤器的供料流：2.0m3/h
表2
本发明：
试验b)装置B，(槽温度25℃)
到交叉流膜微过滤器的供料流：2.0m3/h
到细分装置的供料流：0.20m3/h
表3
由表3(本发明)可以推断，与在表2(现有技术)中所示的现有技术设备中所获得的渗透物的容量相比，使用本发明设备的以l/h/m2表示的渗透物容量提高到1.5倍。尤其是，在本发明设备中获得的悬浮液S中的颗粒的中值粒径(d50)被确定为1.05μm，而在使用现有技术设备的悬浮液S中的颗粒的中值粒径(d50)保持几乎不变。在本发明设备中获得并且在165分钟后所取的渗透物样品的浊度为<0.3NTU。
实施例2，Microdol A extra(白云石)
在本实施例中，使用如在实施例1中所述的Microdol A extra白云石作为该至少一种碱土金属碳酸盐。
实施例2中的试验的目的在于在40℃的提高的温度下由白云石生产pH为7.8±0.1的碱土金属碳酸氢盐的悬浮液。
在该试验开始时的白云石供料材料具有0.35μm的d10，2.75μm的d50和10.53μm的d90。
反应和操作条件在表4中给出。
本发明：
试验c)装置B，(槽温度40℃)
到交叉流膜微过滤器的供料流：2.0m3/h
到细分装置的供料流：0.20m3/h
表4
由表4可以推断，与在25℃下的本发明设备中获得的渗透物的容量相比，在40℃下使用本发明设备的以l/h/m2表示的渗透物容量提高到1.33倍，与在表2(现有技术)中所示的现有技术设备相比，甚至提高到2.0倍。所述实施例清楚地显示出试验b)和c)对试验a)的本发明设备的效率改善。
实施例3，奥地利Carinthia的粗大理石
在本实施例中，使用奥地利Carinthia地区的粗大理石。HCl不溶内容物为7.5％重量(大约90％重量的云母和10％重量石英，由XRD确定)。
在该试验开始时的大理石供料材料具有1.0μm的d10，24.5μm的d50和104μm的d90。比表面积(SSA)为<0.1m2/g。
该设备的反应和操作条件可见于表5。
试验d)，装置B，(混合槽温度24℃)
到交叉流膜微过滤器的供料流：2.0m3/h
到细分装置的供料流：0.065m3/h
表5
在本发明设备中获得的并且在105分钟之后获取的悬浮液S的总颗粒表面积(SSA总)是185000m2/吨悬浮液S。
在165分钟后获取的在本发明设备中获得的渗透物样品的浊度是<0.3NTU。
在180分钟后获得的2升的澄清渗透物在70℃下加热2小时，并且所产生的沉淀物通过使用实验室膜过滤器盘进行过滤来收集，所述膜过滤器盘具有50mm的直径和0.2μm的孔尺寸(由Millipore生产)。
所产生的沉淀物的XRD分析有如下的显示：
因而，XRD结果和HCl不溶内容物显示出，由包含7.5％重量的HCl不溶内容物(杂质)的起始材料获得非常清洁的CaHCO3溶液以及非常纯的沉淀碳酸钙。
这个实施例清楚地显示出，本发明的设备由不纯的起始材料产生非常纯的提取溶液以及矿物、颜料和/或填料。这个实施例显示出使用本发明的设备是对其中使用化学品分离矿物、颜料和/或填料相的工艺的一种成本有效的替代。
实施例4，白云石/石灰石掺混物
中试工厂试验(Pilot Plant Trial)
在本实施例中，一份如实施例1中描述的Microdol A extra白云石与两份法国Avignon地区的石灰石混合，并且被用作碱土金属碳酸盐的掺混物。
在实施例4中的试验的目的在于在中试规模下生产pH为6.5-6.7的碱土金属碳酸氢盐的溶液。
碱土金属碳酸盐的掺混物在试验开始时具有0.43μm的d10、2.43μm的d50和6.63μm的d90。
该掺混物以在水中50％重量的悬浮液供应。
该设备的反应和操作条件可从表6获知。
本发明：
试验e)装置B，(槽温度18.5℃)
该设备包括供料槽体积为1,000l的供料槽作为包括搅拌器的混合单元以及交叉流聚乙烯膜微过滤器作为交叉流膜微过滤单元以及细分单元(它们并联安装)。被引入到该混合单元中的包含矿物、颜料和/或填料的悬浮液因而可经由位于混合单元处的至少两个出口被同时或者独立地抽取并且被引导并经过交叉流膜微过滤单元和/或细分单元。离开该交叉流膜微过滤单元的滤出液和/或离开该细分单元的悬浮液的至少一部分被引导回到该混合单元。交叉流聚乙烯膜微过滤器具有8m2的总膜面积、5.5mm的内部管径和3m的长度。此外，该微过滤器具有1.0μm的孔径并且包括174个并联的管(Seprodyn过滤器模块SE 150TP 1L/DF，Microdyn)。
供料水：由瑞士Christ，Aesch的离子交换设备获得的去离子水(<1mg/l碱土金属碳酸盐)。
到交叉流膜单元的悬浮液S的供料流：36m3/h，
穿过该膜的速度：3m/s。
在交叉流膜入口处的压力:1巴
在交叉流膜出口处的压力：0.3巴
在溶液出口处的压力：0.05巴
到该细分装置的悬浮液S的供料流：0.40m3/h
在细分单元入口处的压力：0.7-0.8巴
CO2的剂量：在1.5-1.6巴的压力下的2.0升/分钟
悬浮液S的供料固体:15％重量
结果在44小时连续运行之后测量。
表6
在本发明设备中获得的并且在44小时之后获取的悬浮液S的颗粒表面积是408,000m2/吨悬浮液S。
通过用供料水稀释这个试验的渗透物生产包含45mg/l碱土金属碳酸盐(CaCO3/MgCO3总和)的第一品质的自来水。这个试验的所产生的容量对应于在45mg/l碱土金属碳酸盐的浓度下的大约6.7m3/h。
通过用供料水稀释这个试验的渗透物生产包含100mg/l碱土金属碳酸盐1(CaCO3)和10–15mg/l碱土金属碳酸盐2(MgCO3)的第二品质的自来水。这个试验的所产生的容量对应于在100mg/l CaCO3和10–15mg/l MgCO3的浓度下的大约2.7m3/h。
为了获得1m3的第二品质的自来水，本发明设备的总电功耗为0.07-0.12kWh/m3品质2自来水。
为了获得1m3的第二品质的自来水，本发明设备的磨机部分的电功耗为0.06–0.09kWh/m3品质2自来水。

Claims (29)

1.用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或制备沉淀碱土金属碳酸盐和/或矿化水的设备，该设备流体连通地包括：
a)至少一个混合单元，配备有至少两个入口和至少一个出口，
b)至少一个包含细分装置的细分单元，和
c)至少一个膜过滤单元，配备有至少一个入口和至少一个出口，
其中该至少一个混合单元的至少一个出口连接到该至少一个膜过滤单元的至少一个入口并且该至少一个膜过滤单元的至少一个出口连接到该至少一个混合单元的至少一个入口。
2.根据权利要求1的设备，其中该至少一个混合单元包括搅拌装置。
3.根据权利要求1或2的设备，其中该至少一个混合单元包括加热装置，该加热装置能够将该至少一个混合单元的内容物加热到5℃-90℃，优选20℃-50℃的温度。
4.根据上述权利要求任一项的设备，其中该至少一个细分单元是至少一个研磨装置和/或至少一个破碎装置，并且优选是至少一个研磨装置。
5.根据上述权利要求任一项的设备，其中该至少一个细分单元是至少一个立式研磨装置和/或至少一个立式破碎装置或者至少一个卧式研磨装置和/或至少一个卧式破碎装置。
6.根据上述权利要求任一项的设备，其中该至少一个细分单元是锥形环隙式球磨机。
7.根据上述权利要求任一项的设备，其中该至少一个细分单元包括具有重量中值粒径d50值为0.01mm-100mm，优选0.1mm-75mm并且最优选0.5mm-5mm的细分装置。
8.根据上述权利要求任一项的设备，其中该至少一个细分单元包括由选自以下的材料制成的活动珠作为细分装置：石英砂、玻璃、瓷、氧化锆、硅酸锆及其混合物，任选地包括占少量的其它矿物。
9.根据上述权利要求任一项的设备，其中该至少一个细分单元的细分装置由矿物、颜料和/或填料材料制成，优选地，该细分装置与待纯化和/或待制备的矿物、颜料和/或填料由相同的材料制成。
10.根据上述权利要求任一项的设备，其中该至少一个膜过滤单元是交叉流膜过滤装置，并且优选是交叉流膜微过滤装置和/或交叉流膜超滤装置。
11.根据权利要求10的设备，其中该交叉流膜过滤装置包括至少一个管式过滤器膜，其具有0.01mm-25mm，优选0.1mm-10mm的管的内径。
12.根据上述权利要求任一项的设备，其中该至少一个膜过滤单元包括至少一个孔尺寸为0.01μm-10μm，优选0.05-5μm并且最优选0.1-2μm的膜。
13.根据权利要求12的设备，其中该膜材料选自烧结的材料、多孔瓷、合成聚合物如聚乙烯、聚丙烯或及其混合物。
14.根据权利要求10-13任一项的设备，其中穿过该交叉流膜过滤装置的至少一个膜的流动速度是0.1m/s-10m/s，优选0.5m/s-5m/s，并且最优选1m/s-4m/s和/或在该交叉流膜过滤装置的入口处的压力为0巴-30巴，优选0.2巴-10巴并且最优选0.5-5巴。
15.根据上述权利要求任一项的设备，其中该设备包括至少三个出口，优选至少四个出口并且更优选至少五个出口和/或该设备包括至少四个入口，优选至少五个入口并且更优选至少六个入口。
16.根据上述权利要求任一项的设备，其中该至少一个混合单元包括至少两个出口和/或至少三个入口，优选至少四个入口。
17.根据上述权利要求任一项的设备，其中该设备包括至少一个气体入口，优选CO2入口。
18.根据上述权利要求任一项的设备，其中该至少一个混合单元包括至少两个作为液体入口的入口，优选至少三个液体入口，并且更优选至少四个液体入口。
19.根据上述权利要求任一项的设备，其中该设备包括至少一个控制单元，用于调节该至少一个混合单元的装料水平、泵速度、pH值、传导性、钙离子浓度(如通过离子敏感电极)和/或温度。
20.根据上述权利要求任一项的设备，其中该设备包括至少一个位于该至少一个混合单元和该至少一个膜过滤单元之间的泵。
21.根据上述权利要求任一项的设备，其中该至少一个混合单元的至少一个出口连接到该至少一个细分单元的至少一个入口并且该至少一个细分单元的至少一个出口连接到该至少一个混合单元的至少一个入口。
22.根据上述权利要求任一项的设备，其中该设备进一步包括至少一个位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间的泵。
23.根据权利要求20-22任一项的设备，其中向该至少一个膜过滤单元供料的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h表示)是该至少一个混合单元的体积的0.01至100倍，和/或向该至少一个细分单元供料的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h表示)与向该至少膜过滤单元供料的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h表示)的比为1:1至1:1000并且优选1:5至1:250。
24.根据权利要求1-20任一项的设备，其中该至少一个细分单元被集成到该至少一个混合单元中。
25.根据上述权利要求任一项的设备，其中作为气体入口的至少一个入口位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间，更优选位于该至少一个细分单元的供料泵和该至少一个细分单元之间，并且最优选地位于该细分单元的入口处。
26.根据上述权利要求任一项的设备，其中作为气体入口的该至少一个入口是文氏管注射器，其位于该至少一个混合单元和该至少一个细分单元之间，并且优选地位于该至少一个混合单元的出口和该至少一个细分单元的入口之间。
27.根据权利要求24的设备，其中作为气体入口的至少一个入口位于该至少一个混合单元的搅拌装置的空心轴的顶部处。
28.根据权利要求1-27任一项的设备用于纯化矿物、颜料和/或填料和/或用于矿化水的用途。
29.根据权利要求1-27任一项的设备用于制备沉淀碱土金属碳酸盐的用途。
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