CZ134998A3 - Syntetické minerální mikročástice, kompozice, systém na zpracování vody a způsoby použití těchto částic - Google Patents

Description

Syntetické minerální mikročástice, .-retenční prostředek, systém^ na zpracování vody a způsoby použití těchto částic

Oblast techniky

Vynález se týká syntetických minerálních mikročástic, konkrétně mikročástic obsahujících kov. Vynález se dále týká způsobu výroby takových syntetických minerálních mikročástic, obzvláště způsobu výroby srážením těchto mikročástic smícháním kovových solí a materiálů obsahujících sloučeniny, které působí jako prekurzory.

Vynález se dále týká použití jak syntetických minerálních mikročástic v systémech na úpravu vody, tak způsobu použiti takových syntetických minerálních mikročástic v systémech k usnadněni retence u papírenských systémů.

Dosavadní stav techniky

Tradiční papírenské systémy zahrnují ukládání suspenze na vodné bázi, označované jako páper furnish (dále v textu nazývané papírenský polotovar), obsahující dřevní vlákna, drobný materiál a jiné složky, na pohybující se pás papírenského stroje, aby se usnadnilo vytváření papírové matrice, která se odvodňuje, suší a lisuje do archů papíru, což je konečný produkt. U těchto procesů je žádoucí účinně odvést přebytek vody, aby se vytvářela heterogenní matrice, aniž by se zároveň odstraňovala žádoucí vlákna, drobný materiál a jiné pevné látky. Zadržená nežádoucí voda zatěžuje následné procesy, jako například sušení mokrých archů v sušicí sekci. Odstranění žádoucích pevných látek však ohrožuje použitelnost výsledných archů papíru. Vlastni operace odvádění vody může rovněž nepříznivě ovlivnit vytvářeni archů.

Ke zvýšení retence žádoucích vláken, drobného materiálu a pevných látek, a tím ke zlepšení vytváření archů papíru a zároveň k lepšímu odvodňování papírové matrice v sekci na vytváření archů papíru papírenských strojů byly vyvinuty systémy k usnadnění .retence. Tyto systémy představují pro výrobce papíru částečný přínos i v tom, že umožňují, aby papírenský stroj pracoval dokonaleji, přičemž by při vyšších rychlostech stroje produkoval kvalitnější archy. Mezi systémy k usnadnění retence patří'například takové systémy, které používají přírodní a syntetické mikročástice. Některé z těchto retenčních prostředků zahrnují koloidní hydroxid hlinitý, koloidní křemičitan hořečnatý, bentonit, koloidní oxid křemičitý a systémy na bázi organických polymerů.

V závislosti na nákladech, kvalitě, požadavcích zákazníků a jiných aspektech může výrobce papíru použít mnoho různých retenčních prostředků. Jedním běžným řešením je přídavek aglomeračního činidla do řídkého zásobního roztoku prekursoru, který se přidává do papírenského polotovaru. Toto činidlo působí tak, že aglomeruje nebo flokuluje vlákna, drobný materiál a pevné látky. Běžně používanými činidly jsou škrob a/nebo polymery. Takové systémy však často aglomerovaný materiál následně vystavují působení střižné síly v prosévacím zařízení, aby vznikly menší aglomeráty, čímž se dosahuje lepší tvorby archů. Retenční prostředek k napomáhání retence vláken, drobného • · • · • « materiálu a jiných žádoucích pevných látek může být přidán do systému před tím, než papírenský polotovar projde nátokovou skříní papírenského stroje, čímž na papírenském pásu začíná tvorba papírové matrice. Tento retenční prostředek způsobí druhou aglomeraci odlišnou od aglomerace předchozí.

Uvedené pomocné prostředky mají různý stupeň účinnosti v důsledku četných modifikací u papírenských procesů. Jedno řešení spočívá v tom, že se v odděleném výrobním zařízení vytvoří různé pomocné prostředky, jejichž složky mají různá relativní procentuální zastoupení. Tato různá procentuální zastoupení ve složení retenčního pomocného prostředku mají za cíl vyhovět požadavkům na papírenský polotovar pro veškeré provozní parametry systému. Toto řešení však často vede k výsledkům spíše náhodným a daným zkušeností obsluhy než založeným na prováděném řízení procesu. Je třeba zajistit lepší odvodňovací i retenční pomocné prostředky, jakož i lepší způsoby použití těchto prostředků u papírenských procesů.

Systém aglomerování částic je někdy kromě toho použitelný při úpravě vody pro odlučováni nebo jiné odstraňování nežádoucích částic a olejů nebo jiných příměsí z vody. Přestože existuje mnoho systémů na úpravu vody založených na aglomeračních principech, jsou stále požadována nová a použitelná aglomerační činidla.

Proto předmětem vynálezu je poskytnout syntetické minerální mikročástice, konkrétně mikročástice obsahující kov, které jsou v oblasti papírenských postupů nové a které vykazují stejný nebo vyšší účinek ve srovnání se

• · · · · · • · · · · · • · · · · · · « ♦ · · · · ···· ·· ·· · stávajícími retenčními a odvodňovacími prostředky. Dalším předmětem je způsob výroby takových syntetických minerálních mikročástic.

Jiným předmětem vynálezu je použití syntetických minerálních mikročástic v papírenských systémech u nového způsobu výroby, u něhož tyto částice slouží jako odvodňovací a retenční prostředky. Jiným aspektem předmětného vynálezu je vytvoření systému aglomerace použitelného při úpravě vody.

Mezinárodní zveřejněná patentová přihláška č. WO 92/20862 popisuje způsob zlepšení výroby papíru a papírových výrobků přidáním kationaktivního polymeru a amorfního křemičitanu kovu odděleně do papírenského polotovaru s dostatečným mícháním mezi přídavky. Pořadí, v němž se tyto složky přidávají, není rozhodující, je však výhodné, přidá-li se polymer před posledním bodem, kde dochází ke značnému namáhání střihem. Následně se přidává amorfní křemičitan kovu před tím, než se výsledná směs přivede do nátokové skříně papírenského stroje, aniž by směs byla vystavena jakémukoliv dalšímu významnému namáháni střihem. Produkty vyrobené postupem podle tohoto vynálezu jsou vhodné ke zvýšení retence, odvodňování a tvarování při výrobě papíru ze suspenze buničiny.

US patent č. 3 784 442 popisuje reakci křemičitanu sodného a síranu hlinitého ve vodném prostředí. Výsledná sraženina se následně filtruje, promývá a suší. Produkty vyrobené způsobem podle tohoto vynálezu jsou použitelné jako pigmenty a kondicionéry vlhkosti a zvláště jsou • · • · · · ···· ·· · ···· ··· ·· · · ♦ · · ···«··· · ♦·· · · ······ · · ♦ ······ ·· · ·· ·♦ použitelné jako výztužné materiály pro pryž a jako plnidlo při výrobě papíru.

US patent č. 4 213 874 popisuje způsob výroby jemně rozptýleného amorfního vysráženého hlinitokřemičitanu alkalického kovu majícího zvýšenou schopnost výměny iontů. Produkty podle'tohoto vynálezu mají stejnou schopnost výměny kationtů nebo iontů jako známé krystalické zeolitické bázické měniče (měniče kationtů) nebo adsorbenty a jsou použitelné jako přísady na změkčování vody a detergenční přísady.

Podstata vynálezu

Předmětný vynález vytváří kompozici tvořenou syntetickými mikročásticemi obsahujícími kov, která zahrnuje produkt vysrážený při smíchání rozpustné kovové soli a alespoň jedné sloučeniny mající složku vybranou z křemičitanů, fosforečnanů a boritanů. Použitelné kovové soli jsou vybrány ze solí kovů druhé skupiny periodické tabulky (zvláště beryllia, hořčíku, vápníku, stroncia a barya); obecně přechodných kovů skupin 3 až 12 (včetně lanthanoidů a aktinoidů) a různých kovů ze skupin 13 až 17 (zvláště hliníku, zinku, gallia, kadmia, germania, india, rtuťi, cínu, thallia, antimonu, olova, bismutu a polonia). U jednoho konkrétního provedení může být křemičitanem křemičitan nebo hlinitokřemičitan, hlinitofosfátokřemičitan, nebo hlinitoboritokřemičitan.

Jiným znakem tohoto vynálezu je dosaženi výroby křemičitanu reakcí metakřemičitanu s kovovou solí.

•Φ φφ φφ φφφφ φφ φφ φφφφ ·· · φφφφ • · · φφ φ φφφφ φφφφφφβ · φφφ φ · φφφφφφ φφφ φφφφ φφ φφ φ · · ·♦

Předmětný vynález se týká rovněž způsobu regulace odvodňováni a retence při vytváření papírové matrice, který zahrnuje kroky spočívající ve smíchání rozpustné kovové soli a alespoň jedné složky vybrané z křemičitanů, fosforečnanů a boritanů za vzniku reakčního produktu; smíchání reakčního produktu a papírenského polotovaru za vzniku modifikovaného papírenského polotovaru; zadržení a odvodněni části modifikovaného papírenského polotovaru na drátěné síti papírenského stroje, aby se vytvořila papírová matrice; měření množství zachyceného materiálu a odvedené vody; a na základě změřeného množství zachyceného materiálu a odvedené vody nastavení množství rozpustné kovové soli a/nebo množství složek vybraných z křemičitanů, fosforečnanů a boritanů tak, aby nastala požadovaná změna množství zachyceného materiálu a/nebo odvedené vody.

Nyní se dále uvádí podrobný popis vynálezu.

Jedním provedením podle předmětného vynálezu je kompozice obsahující produkt vysrážený při smíchání rozpustné kovové soli a alespoň jedné sloučeniny mající složku (t.j. část) vybranou z křemičitanů, fosforečnanů a boritanů. S výhodou je kov rozpustné kovové soli vybraný z (1) beryllia, hořčíku, vápníku, stroncia a barya;

(2) první přechodné řady zahrnující skandium, titan, vanad, chrom, mangan, železo, kobalt, nikl a měď;

(3) druhé přechodné řady zahrnující yttrium, zirkonium, niob, molybden, technecium, ruthenium, rhodium, palladium a stříbro;

(4) lanthanoidy, které zahrnují lanthan, cer, praseodym, neodym, promethium, samarium, europium, gadolinium, • * • · · · · · · φ φ φ · φ · · · · · • · · · φ φ · · ·· · · · ······ φ φ φ φφφφ φφ ·· · ·· ♦· terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium a lutecium;

(5) třetí přechodné řady zahrnující hafnium, tantal, wolfram, rhenium, osmium, iridium, platinu a zlato;

(6) aktinoidy zahrnující aktinium, thorium, uran, neptunium, plutonium, americium, curium, berkelium, kalifornium, einsteinium, fermium, mendelevium, nobelium, a lawrencium; a (7) prvky zahrnující hliník, zinek, gallium, kadmium, germanium, indium, rtuť, cín, thallium, antimon, olovo, bismut a polonium.

Produkt je s výhodou reprezentován empirickým vzorcem vybraným ze skupiny sestávající z

Mi		wAlxSÍyPzO(0,5w+l,5x+2y+2,5z) t
Mi	!I)	wAlxS 1 yBz0 (0, 5w+ 1,5x+ 2y+ 2,5z ) 7
M i	[I)	WM ( II ) XS i z0 ( 0, 5w+x + 2z ) 7
M l	:d	WM (II) xAlyS 1 z0 (0, 5w+x+ 1, 5y + 2z ) f
Μ l	:d	WM ( I I ) xSlyPzO(0, 5w+x+2y+2, 5z) 7
Μ i	:d	WM ( II ) xSlyBzO(o, 5w+x+2y+l, 5z) 7
Ml	:d	WM (III) x S 1 z0 ( o, 5w+ 0,5ax + 2 z) /
Ml	:d	WM (III) xAlyS 1 z0 [ of 5w+0, 5ax+ 11 5y+2z )
Μ 1	:d	WM (III) xSÍyPzO(0, 5w+0, 5ax + 2y+2, 5z) 7
Ml	:d	WM (III) XS 1 yB ZO (0, 5w+0, 5x + 2yí 1,5z ) f
Ml	:d	WM ( IV) xSlzO(0f5W4-iř5X + 2z) f
Ml	:d	WM ( IV) xAlyS lz0 fo, 5w+ 1,5x+ 1, 5yt2z) 7
Μ I	:d	WM ( IV) XS i y P ZO ( q f 5W+ l,5x+2yt2,5z)r θ·
M(	:d	WM ( IV) XS lyBz0 (o t 5wf 1, 5x+ 2y + 1, 5 z ) r

kde

M(I) je vodík, lithium, sodík nebo draslík;

• · • · · · ·· · · · ··

9 9 9 9 · ·· ·· • · 9 9 9 9 9 · ·· · ·· ·♦···· · 99

99 9 99 99 9 9 99 9

AI je hliník; Si je křemík; P je fosfor; O je kyslík; B je bor;

M(II) je hořčík, vápník, stroncium nebo baryum;

M(III) je přechodný kov první, druhé nebo třetí řady nebo aktinoid;

M(IV) je kov skupiny lanthanoidů; a je hodnota valence kovu M(III);

w je hodnota k vyrovnáni zvoleného náboje tvořeného hodnotami x, y a z; a x, y a z představuji každý nezávisle hodnotu od asi 0,1 do asi 10,0.

Rozpustnou kovovou soli je s výhodou sůl s kovovou částí vybranou z hořčíku, železa, mědi, zinku, zirkonia, ytterbia, lanthanu a ceru; výhodněji z mědi, železa, zinku, zirkonia a hliníku; nejvýhodněji z železa, zinku, zirkonia a hliníku. Kovová sůl je vybraná výhodně z MgC12, FeCl₃, CuCl₂, ZnCl₂, ZnSO₄, Fe₂(SO₄)₃, ZrOCl₂, YC1₃, LaCl₃ a (NH₄)₂Ce(SO₄)₃.

Použitelné křemičitany, fosforečnany a boritany mohou být jakéhokoliv typu a mohou být reprezentovány obecnou částí empirického vzorce SiO_x, PO_X a BO_X, kde x představuje hodnoty, které'poskytuj i známé sloučeniny nebo sloučeniny vyrobitelné postupy známými ze stavu techniky. Takové křemičitanové, fosforečnanové a boritanové části mohou být součástí sloučenin majících různé vlastnosti, jako například mohou nebo nemusí být rozpustné v kapalinách.

U jednoho výhodného provedeni je křemičitanem hlinitokřemičitan, hlinitofosfátokřemičitan nebo hlinitoboritokřemičitan. Křemičitan může být v hydratované formě a ačkoliv stupeň hydratace je relativně bezvýznamný, u jiného výhodného provedeni se křemičitan připravuje reakcí metakřemičitanu, což je křemičitan s částí Si0₃ ², výhodněji metakřemičitanu sodného, jako například metakřemičitanu sodného připraveného reakcí písku s hydroxidem sodným a uhličitanem sodným. Stejně tak mohou být použity ortokřemičitany.

Jiným provedením předmětného vynálezu je způsob regulace odvodňování a retence při vytváření papírové matrice obsahující kroky spočívající v:

(1) smícháni prvního množství rozpustné kovové soli a druhého množství alespoň jedné složky vybrané z křemičitanů, fosforečnanů a boritanů za vzniku reakčního produktu;

(2) smíchání reakčního produktu, polymeru a papírenského polotovaru za vzniku modifikovaného papírenského polotovaru;

(3) zadržení a/nebo odvedení vody z části modifikovaného papírenského polotovaru na drátěné síti papírenského stroje, aby se vytvořila papírová matrice;

(4) měření množství zachycených vláken, drobného materiálu a jiných žádoucích pevných látek a/nebo množství vody odvedené z modifikovaného papírenského polotovaru při vytváření papírové matrice; a (5) na základě měření zachyceného a/nebo odvedeného množství nastavení prvního množství rozpustné kovové soli a/nebo druhého množství alespoň jedné složky vybrané z křemičitanů, fosforečnanů a boritanů k φφφ φφ φ ΦΦΦΦ φφ φφφ φφ φ ΦΦΦΦ φ • •ΦΦΦΦ φφφ

ΦΦΦΦΦ· φφ φ φφ φφ uskutečněni požadované změny zachyceného a/nebo odvedeného množství.

S výhodou se kovová sůl a složka vybraná z křemičitanů, fosforečnanů a boritanů nechají zreagovat za vzniku reakčního produktu kroku (1) před tím, než se papírenský polotovar nebo polymer vystaví jejich působení v kroku (2), ale není to nutné. Například kovová sůl a křemičitanová, fosforečnanová a/nebo boritanová složka nebo jejich reakční produkt mohou být smíchány současně s buď papírenským polotovarem a/nebo polymerem. Toto smíchání kovové soli; křemičitanové, fosforečnanové a/nebo boritanové složky; reakčního produktu; papírenského polotovaru; a polymeru může být provedeno v různých posloupnostech v jednom nebo několika dávkovačích bodech papírenského stroje nebo na vstupu do papírenského stroje, přičemž vznikne modifikovaný papírenský polotovar. Například přimíchání buď papírenského polotovaru nebo polymeru do reakčního produktu může být provedeno před tím, než se přidají ostatní složky. Vynález rovněž zahrnuje případný krok představující recyklaci části produktu papírenského stroje do procesu. Tento recyklovaný materiál může být zdrojem jedné z výše uvedených složek v různých krocích. Jako další příklad změny v sekvenci kroků nebo jejich částí, u jednoho provedení, je postup, kdy polymer a papírenský polotovar v kroku (2) se předem spolu smíchají, před přidáním reakčního produktu kroku (1). U dalšího provedení se předem smíchají reakční produkt kroku (1) a papírenský polotovar v kroku (2) před tím, než se přidá polymer. U ještě dalšího provedení se současně přimíchávají všechny tři složky reakčního produktu, polymer a papírenský polotovar. Pro vytvoření modifikovaného

0 0 00 0 0 0 0 0 • · · 0 0 0 0 • · · 0 0 0 0 • · ·· · 000 0 ·

0 0 0 0 0 • 0 0 00 00 papírenského polotovaru kroku (2) lze použit i jiné variace míchání a dávkovačích bodů.

Polymerem použitelným v kroku (2) jsou takové polymery, které se běžně používají u papírenských systémů a které působí jako prostředky k flokulaci. S výhodou lze použit syntetický organický polymer, například polyelektrolyt (anionaktivni, kationaktivni nebo amfolyt) nebo neionogenni polymer, obsahující alespoň jeden typ opakujících se strukturních jednotek. Jako příklad lze uvést homopolymer, kopolymer nebo terpolymer, přičemž počet různých typů opakujících se strukturních jednotek není omezen pouze na tři. V polymeru se mohou vyskytovat různé variace, takže rozloženi molekul polymeru může být přítomno uvnitř polymeru. Polymer může být dodán v různých formách, jako je například prášek, granule, vodné roztoky, gely a emulze. Z neionogennich polymerů jsou výhodné polyakrylamid a polyethylenoxide. Z anionaktivních polymerů jsou výhodné polymery obsahující karboxyskupinu a polymery obsahující sulfonovou skupinu. Z kation aktivních polymerů jsou výhodné polymery esteru kyseliny dialkylaminoalkylakrylové a metakrylové, polymery N-(dialkylaminoalkyl)akrylamidu, karbamoylové polymery, polymery póly(diallyldimethylamoniumchloridu), polymery póly(hydroxyalkylenpolyaminů), polymery póly(ethyleniminu), polymery a derivátů kyanamidu. Mezi výhodné polyamfolyty se zahrnují takové, které jsou kopolymery výše uvedených kationaktivních, anionaktivních a iontových částí, přičemž mohou mít amfoterní character. U ještě dalšího výhodného způsobu se reakční produkt kroku (1) před smícháním s papírenským polotovarem mele nebo disperguje na požadovanou velikost.

φφφφ • · φ φ φ φ φφφ φ φ φ φ φ

φφφ φφφ φφφ · • · φ φφφ φ φ φ

Výhodnými materiály jsou ty, které byly vyjmenovány výše. Způsob je použitelný jak u kyselých, tak u alkalických papírenských procesů. U běžných papírenských procesů spadají hodnoty x, y a z v empirických vzorcích uvedených výše do rozmezí od asi 0,1 do asi 10,0 a poměr x:y:z se volí podle požedavků zákazníka nebo se optimalizuje pro konkrétní provozní podmínky a může se měnit v závislosti na změnách provozních podmínek.

U papírenských systémů obsahujících škrob je výhodné použít křemičitan sodný obsahující ještě další kov. U bílých papírenských systémů, ve kterých je přísadou škrob, jsou výhodnější mikročástice tvořené křemičitanem zinečnatosodným. U hnědých papírenských systémů, u kterých je přísadou škrob, jsou výhodnější mikročástice tvořené křemičitanem železnatosodným.

Případná ztělesnění zahrnují kroky, kde jiné žádoucí pevné látky ve výše uvedeném kroku (4) zahrnuji plnidla, jako například uhličitan vápenatý; recyklovaný materiál, jako například odpadní papír z papírenského stroje a/nebo pigmenty.

Dalším provedením podle předmětného vynálezu je způsob úpravy vody obsahující kroky spočívající v:

(1) smíchání prvního množství rozpustné kovové soli a druhého množství alespoň jedné složky vybrané z křemičitanů, fosforečnanů a boritanů za vzniku reakčního produktu; a (2) smíchání reakčního produktu s vodou obsahující polymer za vzniku vody obsahující vločky.

e *

Rovněž mohou být provedeny případné kroky spočívající v:

(3) provedení sedimentace vloček ve vodě k vytvoření vyčiřené vody; a/nebo (4) filtraci vody obsahující vločky, aby se vločky účinně odstranily.

Vytvořené vločky působí při úpravě vody tak, že elektrostatickou nebo fyzikální vazbou strhávají nežádoucí materiály, jako například pevné látky nebo oleje nebo suspenze, které mají být odstraněny. Odstranění se pak provede sedimentací nebo filtrací vloček. Tyto kroky mohou být provedeny následně nebo současně, v jakémkoliv pořadí. Například v jednom případě se upravuje odtok provozní vody, například z papírny, za účelem odstranění suspendovaných vláken nebo jiných pevných látek před vypuštěním do okolního prostředí. Přidávají se takové složky, které vyvolají tvorbu vloček, přičemž při čiřící operaci tyto vločky s sebou strhávají suspendovaná vlákna nebo pevné látky. Ačkoliv se tento příklad týká odtoku provozní vody z papírny, lze vynález aplikovat i na vodu přitékající do papírny, aby se odstranily přirozeně přítomné pevné látky nebo na jakýkoliv proud vody, u něhož je čiření žádoucí.

Příklady provedení vynálezu

Následující příklady slouží k ilustraci rámce A a definice předmětného vynálezu, přičemž jeho rozsah nijak neomezuj i.

Příklad 1 - Křemičitan horečnatý

Sedmdesát pět (75) gramů O,1-molálního vodného roztoku metakřemičitanu sodného (Na₂SiO₃ · 5H₂0) bylo nadávkováno do kádinky o objemu 200 mililitrů vybavené magnetickým michadlem. Do míchaného roztoku metakřemičitanu bylo potom rychle přidáno sedmdesát pět (75) gramů 0,1-molálního vodného roztoku chloridu horečnatého. Tyto reakční složky měly teplotu okolí. Směs byla míchána po dobu jedné minuty, přičemž po této době byla reakce skončena. Výsledkem reakce byla zakalená bílá suspenze obsahující mikročástice křemičitanu horečnatého.

Příklad 2 - Křemičitan zinečnatý

Padesát (50,0) gramů 0,1-molálního vodného roztoku metakřemičitanu sodného (Na₂Si03 ·5H₂0) bylo nadávkováno do kádinky o objemu 200 mililitrů vybavené magnetickým michadlem. Do míchaného roztoku metakřemičitanu bylo potom rychle přidáno padesát (50,0) gramů 0,1-molálního vodného roztoku chloridu zinečnatého. Reakční složky měly teplotu okolí. Směs byla míchána po dobu jedné minuty, přičemž po této době byla reakce skončena. Výsledkem reakce byla zakalená bílá suspenze obsahující mikročástice křemičitanu zinečnatého. Chemickou analýzou výsledné sraženiny pomocí rentgenové fluorescence bylo zjištěno, že převládajícím produktem je Zn^oSi^oC^o·

Příklad 3 - Křemičitan železa

Sto (100) gramů Osního vodného roztoku metakřemičitanu sodného (Na₂Si0₃ ·5H₂0) bylo nadávkováno do kádinky o objemu 200 mililitrů vybavené magnetickým michadlem. Do míchaného roztoku metakřemičitanu bylo potom rychle přidáno šedesát (60) gramů 0,1-molálního vodného roztoku hexahydrátu chloridu železitého. Reakční složky měly teplotu okolí. Směs byla míchána po dobu jedné minuty, přičemž po této době byla reakce skončena. Výsledkem reakce byla zakalená hnědá suspenze obsahující mikročástice křemičitanu železa. Chemickou analýzou výsledné sraženiny pomocí rentgenové fluorescence bylo zjištěno, že převládajícím produktem je Na₀,2Feo,6Sii,o03,₀ ·

Příklad 4 - Křemičitan mědi

Sto (100) gramů Osního vodného roztoku metakřemičitanu sodného (Na₂SiO₃-5H₂0) bylo nadávkováno do kádinky o objemu 200 mililitrů vybavené magnetickým míchadlem. Do míchaného roztoku metakřemičitanu bylo potom rychle přidáno sedmdesát (70) gramů 0,1-molálního vodného roztoku dihydrátu chloridu měďnatého. Reakční složky měly teplotu okolí. Směs byla míchána po dobu jedné minuty, přičemž po této době byla reakce skončena. Výsledkem reakce byla zakalená modrá suspenze obsahující mikročástice křemičitanu mědi. Chemickou analýzou výsledné sraženiny pomocí rentgenové fluorescence bylo zjištěno, že převládajícím produktem je Cu_biSi_lr0O₃,i₅.

Příklad 5 - Křemičitan zirkonia

Sto (100) gramů Osního vodného roztoku metakřemičitanu sodného (Na₂SiO₃ ·5H₂0) bylo nadávkováno do kádinky o objemu 200 mililitrů vybavené magnetickým míchadlem. Do míchaného metakřemičitanu bylo potom rychle přidáno šedesát(60) gramů 0,1-molálního roztoku ZrOCl₂.8H₂0. Reakční složky měly teplotu okolí. Směs byla

míchána po dobu jedné minuty, přičemž po této době byla reakce skončena. Výsledkem reakce byla zakalená bílá suspenze obsahující mikročástice křemičitanu zirkonia. Chemickou analýzou výsledné sraženiny pomocí rentgenové fluorescence bylo zjištěno, že převládajícím produktem je Na₀,₄Zr₀, 63Sii_ř 0O3,5 ·

Příklad 6 - Křemičitan lanthanu

Sto (100) gramů 0,l-molálního vodného roztoku metakřemičitanu sodného (Na₂SiO₃-5H₂0) bylo nadávkováno do kádinky o objemu 200 mililitrů vybavené magnetickým míchadlem. Do míchaného roztoku metakřemičitanu bylo potom rychle přidáno padesát (50) gramů 0,l-molálního vodného roztoku heptahydrátu chloridu lanthanitého. Reakční složky měly teplotu okolí. Směs byla míchána po dobu jedné minuty, přičemž po této době byla reakce skončena. Výsledkem reakce byla zakalená bílá suspenze obsahující mikročástice křemičitanu lanthanu. Chemickou analýzou výsledné sraženiny pomocí rentgenové fluores-cence bylo zjištěno, že převládajícím produktem je La₀,6₂Sii,o0₂,92 ·

Příklad 7 - Křemičitan yttria

Sto (100) gramů 0,l-molálního vodného roztoku metakřemičitanu sodného (Na2Si035H20) bylo nadávkováno do kádinky o objemu 200 ml vybavené magnetickým míchadlem. Do míchaného roztoku metakřemičitanu bylo potom rychle přidáno padesát (50) gramů 0,l-molálního vodného roztoku hexahydrátu chloridu yttritého. Reakční složky měly teplotu okolí. Směs byla míchána po dobu jedné minuty, přičemž po této době byla reakce skončena. Výsledkem reakce byla • · · · • ·

··· · · ·· * * · · · «··· <

« · · · · i ·· · ·· ·· zakalená bílá suspenze obsahující mikročástice křemičitanu yttria. Chemickou analýzou výsledné sraženiny pomocí rentgenové fluorescence bylo zjištěno, že převládajícím produktem je Y₂Sii_/0O₂,9₃.

Příklad 8 - Hlinitokřemičitan mědi

Do kádinky o objemu 200 ml vybavené magnetickým míchadlem bylo nadávkováno 50 gramů 0,1-molálního vodného roztoku dihydrátu chloridu mědůatého. Za míchání bylo do tohoto roztoku přidáno 20 gramů 0,1-molálního vodného roztoku síranu hlinitého. Po míchání po dobu jedné minuty bylo rychle přidáno 100 gramů 0,1-molálního vodného roztoku Na₂Si0₃ ·5H₂0. Suspenze byla míchána po dobu další jedné minuty, přičemž po této době byla reakce skončena. Výsledkem reakce byla zakalená modrá suspenze obsahující vysrážené mikročástice hlinito-křemičitanu mědi. Chemickou analýzou pomocí rentgenové fluorescence bylo zjištěno, že převládajícím produktem je Cuo,4₆A1o,4_OSíi,o0₃,i.

Příklad 9 - Hlinitokřemičitan zinku

Šedesát pět (65) gramů Osního vodného roztoku ZnC12 bylo nadávkováno do kádinky o objemu 200 mililitrů vybavené magnetickým míchadlem. Za míchání bylo do tohoto roztoku přidáno dvacet (20) gramů 0,1-molálního vodného roztoku síranu hlinitého. Po míchání po dobu jedné minuty bylo rychle přidáno sto (100) gramů 0,1-molálního vodného roztoku Na₂Si0₃ ·5H₂0. Suspenze byla míchána po dobu další jedné minuty, přičemž po této době byla reakce skončena. Výsledkem reakce byla zakalená bílá suspenze obsahující produkt tvořený mikročásticemi vysráženého hlinitoφ φ φ φ φ φ φ · křemičitanu zinku. Chemickou analýzou pomocí rentgenové fluorescence bylo zjištěno, že převládajícím produktem je Zno,42Alo,42SÍl,o03,o ’

Příklad 10 - Retenční prostředky

Produkty z příkladů 2 až 9 byly hodnoceny jako retenční prostředky na bázi mikročástic za použiti standardního postupu Britt Jar, jak je popsáno dále. Komerčně dostupné retenční prostředky na bázi mikročástic (Allied Colloids' Hydrocol® O bentonite a PSM-Particol® B. Silica microgel) byly použity jako kontrolní vzorky. K hodnocení byl použit papírenský polotovar tvořený směsí 60 % kraftového (sulfátového) polotovaru z tvrdého dřeva a 40 % kraftového polotovaru z měkkého dřeva, která byla plněna 30 % vysráženého uhličitanu vápenatého. Celkový obsah pevných látek v papírenském polotovaru byl 0,5 % hmotnostních konzistence. Papírenský polotovar vykazoval změřenou hodnotu pH rovnou 8,5. Polymerní flokulační činidlo, Allied Colloids' Percol® 175 polyacrylamide (kationaktivní polyakrylamid se střední molekulovou hmotností), bylo nadávkováno do papírenského polotovaru a rychlost míchání byla zvýšena na frekvenci otáček 2000 za minutu. Po 30 sekundách byla rychlost míchání snížena na frekvenci otáček 750 za minutu. Po 10 sekundách byl přidán retenční prostředek na bázi mikročástic. Za 10 sekund poté byla z nádoby odvedena voda, přičemž prvních 100 ml bylo shromážděno a byla provedena analýza na retenci uhličitanu vápenatého za použití standardního EDTA titračního postupu. Tabulka 1 uvádí účinek jednotlivých mikročástic s ohledem na retenci plnidla.

Tabulka	1
Mikročástice		retence plnidla %
samotný polymer		16
křemičitan zinečnatý (př. 2)		75
křemičitan železa (př. 3)		64
křemičitan mědi (př. 4)		63
křemičitanu zirkonia (př. 5)		67
křemičitan lanthanu (př. 6)		52
křemičitan yttria (př. 7)		63
hlinitokřemičitan mědi (př. 8)		67
hlinitokřemičitan zinku (př. 9)		71
Hydrocol® 0 bentonite		69
PSM-Particol® B. Silica microgel	(2#/Ton)	55

U všech experimentů bylo polymerní flokulační činidlo dávkováno v množství 0,5 kg/t (1 lb/ton) a mikročástice byly dávkovány v množství 2 kg/t (4 lb/ton).

Příklad 11

Padesát (50) gramů Osního vodného roztoku metakřemičitanu sodného (Na2SiO₃-5H₂0) bylo nadávkováno do kádinky o objemu 200 mililitrů vybavené magnetickým míchadlem. Za míchání výše popsaného roztoku bylo přidáno 35 gramů 0,1-molálního vodného roztoku dodekahydrátu fosforečnanu sodného. Po míchání po dobu jedné minuty bylo rychle přidáno 80 gramů 0,1-molálního vodného roztoku heptahydrátu síranu zinečnatého. Suspenze byla míchána po dobu další jedné minuty, přičemž po této době byla reakce skončena. To jiné kádinky o objemu 200 ml vybavené magnetickým míchadlem bylo nadávkováno 50 gramů 0,1molálního vodného roztoku Na₂Si0₃ ·5H₂0. Za míchání výše • ·· · popsaného roztoku bylo přidáno 12,5 gramů 0_z)ního vodného roztoku Na₂B₄0₇ 10H₂0. Po míchání po dobu jedné minuty bylo rychle přidáno 80 gramů 0,1-molálního vodného roztoku heptahydrátu síranu zinečnatého. Suspenze byla míchána po dobu další jedné minuty, přičemž po této době byla reakce skončena.

Výsledkem výše uvedených reakci byly zakalené bílá suspenze obsahující produkty na bázi mikročástic tvořené u první reakce fosfátokřemičitanem zinku a u druhé reakce boritokřemičitanem zinku. Všechny mikročástice byly pak vyhodnoceny při Britt Jar experimentech prováděných za stejných podmínek jako u mikročástic uvedených v příkladě 10. Výsledky tohoto vyhodnocení jsou uvedeny v tabulce 2.

Tabulka 2

Mikročástice retence plnidla % samotný polymer18 fosfátokřemičitan zinku (př. 10)65 boritokřemičitan zinku (př. 10)55

Polymerním flokulačním činidlem byl Allied Colloids Percol® 175 (kationaktivní polyakrylamid se střední molekulovou hmotností) dávkovaný v množství 0,5 kg/t (1 lb/ton). Mikročástice se dávkují v množství 2 kg/t (4 lbs/ton).

Příklad 12

Produkty z příkladů 2 až 7 byly hodnoceny jako retenční prostředky na bázi mikročástic za použití standardního experimentu Britt Jar, jak bylo popsáno v příkladě 10, ale φφ φφ φ φ · φ φ φφφ

φ φ φφφφ φ φ φ φ φ φ ·· φ φ φφφ ·· φ φ · · ·· φφφφ ·· ··· s použitím jílem plněného kyselého papírenského polotovaru. Papírenský polotovar byl tvořen směsí kraftových vláken, 60 % z tvrdého dřeva a 40 % z měkkého dřeva. Papírenský polotovar obsahoval 30 percent kalcinovaného jílu (Ansilex®, vyráběný společností Engelhard Corporation), přičemž celkový obsah pevných látek v papírenském polotovaru byl 0,5 %. Jako kontrolní vzorek byl použit Allied Colloids Hydrocol® O bentonite.

Polymerní část retenčního systému tvořily produkty od Allied Colloids, koagulant Percol® 368 DADMAC a polyakrylamidové flokulační činidlo Percol® 175. Percol® 368 byl požadován k neutralizaci vysoce anionaktivního jílu. Dávkování retenčního prostředku bylo u všech pokusů 1 kg/t (2 lb/ton) pro Percol® 368, 1 kg/t (2 lb/ton) pro Percol® 175 a 3 kg/t (6 lb/ton) pro mikročástice. Výsledky hodnocení jsou uvedeny v tabulce 3.

Tabulka 3

Mikročástice retence plnidla % žádné křemičitan zinku (př. 2) křemičitan železa (př. 3) křemičitan mědi (př. 4) křemičitanů zirkonia (př. 5) křemičitan lanthanu (př. 6) křemičitan yttria (př. 7) Hydrocol® O bentonite

Příklad 13 - Čiření vody

Do zásobníku vody o objemu 38 m³ (10 000 gallon) s pevnými látkami v suspensi bylo nadávkováno 45,4 až 4500 g (0,1 až 10 liber) polyakrylamidového flokulačního činidla.

Toto dávkování může být provedeno mechanickým mícháním nebo vstříknutím flokulačního činidla do jednoho nebo více vstřikovacích bodů. Může být provedeno další míchání. Do zásobníku byl poté přidán křemičitan zinku, produkt z příkladu 2, v množství 45,4 až 4500 g (0,1 až 10 liber). Může být provedeno přídavné nebo kontinuální míchání či dispergace. V suspenzi proběhla flokulace pevných látek. Flokulované pevné látky byly ponechány sedimentovat, a tím se snížilo množství pevných látek v suspenzi s vodou.

Tento postup lze provádět samostatně nebo lze použít kombinaci produktů z příkladů 2 až 9.

Účelem výše uvedeného popisu je ilustrace výhodných provedení podle vynálezu. Takové ilustrace nemají být vysvětleny jako omezení rozsahu předmětného vynálezu.

Claims (13)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Kompozice vyznačující se tím, že obsahuje produkt vysrážený při smíchání rozpustné kovové soli a alespoň jedné sloučeniny mající složku vybranou z křemičitanů, fosforečnanů a boritanů.

(2) smíchání reakčního produktu, polymeru a papírenského polotovaru k vytvoření modifikovaného papírenského polotovaru;

2. Kompozice podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozpustné kovové sobi j e vybraný z: a. beryllia, hořčíku, vápníku, stroncia a barya; b. první přechodné řady; c. druhé přechodné řady; d. lanthanoidů; e. třetí přechodné řady; f. aktinoidů; a g. hliníku, zinku, gallia, kadmia, germania, india, rtuti, cínu, thallia, antimonu, olova, bismutu a polonia 3. Kompozice podle nároku 2, -vyznačující se tím, že

skupiny sestávající z

Μ (I) _wAl_xSÍyPzO(o,5w+l,5x+2y+2,5z) ř

M( I) _WM{ II )_XSÍ_ZO (0,5w+x+2z) r

Μ (I) _WM (11) _XS íyPzO(0,5w+x+2y+2,5z) ř

Μ (I) _WM (111) _XS ízO(0,5w+0,5ax+2z) ΐ

Μ (I ) _WM ( 111 ) _XS ÍyPzO(_0i5w+o,5ax+2y+2,5z) r

Μ ( I ) _WM ( IV) _XS í_zO(o 5_W+| 5_X+2z) ř

Μ (I) _WM (IV) _xSÍ_yP_zO(o_t5w+l,5x+2y+2,5z) ^a produkt je reprezentován empirickým vzorcem vybraným ze

Μ (I) wAlxSíyB_zO(o,5w+l,5x+2y+1,5z) ř

Μ (I) _WM (II) xAlyS ízO(0,5w+x+1,5y+2z) ř

Μ (I) _WM (II) xSiyB_zO(o,5w+x+2y+l ,5z) ž

Μ (I) _WM (III) _xAlyS ízO(0,5w+0,5ax+1,5y+2z) / Μ ( I ) _WM (III) xSíyB_zO(o 5_W+o,5ax-t-2y+1,5z) ' M( I )_WM( IV) _xAlySÍz0(o,5w+I,5x+1,5y+2z) ř

Μ (I) _WM (IV) _XS ÍyBzO(Q 5w+|,5x+2y+1,5z) r kde

M(I) je vodík, lithium, sodík nebo draslík;

Al je hliník;

• · · · • · · · φ « φφφ φφφ φφφφ φφ • · φ·· · • φ «φ φφ φ φ φ φ φ φ φφ φφφφ φ φ φ φ φ φφ

Si je křemík;

Ρ je fosfor;

0 je kyslík;

B je bor;

M(II) je hořčík, vápník, stroncium nebo baryum;

M(III) je přechodný kov první, druhé nebo třetí řady nebo aktinoid;

M(IV) je kov skupiny lanthanoidů;

a je hodnota valence kovu M(III);

w je hodnota k vyrovnání zvoleného náboje tvořeného hodnotami x, y a z; a x, y a z představují každý nezávisle hodnotu od asi 0,1 do asi 10,0.

(3) zadržení a/nebo odvodnění části modifikovaného papírenského polotovaru na drátěné síti papírenského stroje k vytvoření papírové matrice;

(4) měření množství zachyceného materiálu a/nebo odvedené vody z modifikovaného papírenského polotovaru v průběhu vytváření papírové matrice; a (5) na základě množství zachyceného materiálu a/nebo odvedené vody nastavení prvního množství rozpustné kovové soli a/nebo druhého množství alespoň jedné složky vybrané z křemičitanu, fosforečnanů a boritanů k ovlivnění požadované změny množství zachyceného materiálu a/nebo odvedené vody.

4. Kompozice podle nároku 3, vyznačující se tím, že kovová sůl je vybraná z MgCl₂, FeCl₃, CuCl₂, ZnCl₂, ZnSO₄, Fe₂(SO₄)₃, ZrOCl₂, YC1₃ , LaCl₃ a (NH₄)₂Ce(SO₄)₃.

5. Kompozice podle nároku 3, vyznačující se tím, že rozpustná kovová sůl je vybraná ze soli hořčíku, železa, mědi, zinku, zirkonia, yttria, lanthanu a ceru.

6. Kompozice podle nároku 5, vyznačující se tim, že křemičitanem je hlinitokřemičitan, hlinitofosfátokřemičitan nebo hlinitoboritokřemičitan.

7. Kompozice podle nároku 1, vyznačující se tím, že křemičitan je připraven reakcí metakřemičitanu.

8. Způsob regulace odvodňování a/nebo retence při vytváření papírové matrice vyznačující se tím, že obsahuje kroky spočívající v ·· «· ·· ···· ·· ·· ···· ·♦ · ···· ··· ·· · ···· ·· · · · ·· · ···* · ······ ··· ······ ·· · ·· (1) smícháni prvního množství rozpustné kovové soli a druhého množství alespoň jedné složky vybrané z křemičitanu, fosforečnanů a boritanů za vzniku reakčního produktu;

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že reakční produkt kroku (1) se před smícháním s papírenským polotovarem mele nebo disperguje.

10. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že polymer a papírenský polotovar se smíchají před přimícháním reakčního produktu.

11, vyznačující se tím, že empirickým vzorcem vybraný ze

11. Způsob úpravy vody vyznačující se tím, že obsahuje kroky spočívající v (1) smíchání prvního množství rozpustné kovové soli a druhého množství alespoň jedné složky vybrané z • · křemičitanů, fosforečnanů a boritanů za vzniku reakčního produktu; a (2) smíchání reakčního produktu a vody obsahující polymer k vytvoření vody obsahující vločky.

Způsob podle nároku je reprezentován sestávající z

12.

produkt skupiny

Μ ( I ) wAlxSÍyP_zO(Q₎5_w+| 5x₊2y+2,5z) ?

Μ (I) _WM (11) xS í_zO(0,5w+x+2z);

Μ(I)_WM(II) _XSíyP₂O(0,5_W+x+2y+2,5z) ΐ

Μ (I) _WM (111) _XS izO(0,5w+0,5ax+2z) ?

Μ (I) wAl_xS íyB_zO(o,5w+l,5x+2y+1,5z) ?

Μ ( I ) _WM (II) xAlySí_zO(0 5_w+x₊i ,5y+2z) ?

Μ ( I) _WM (II) _xSíyB_zO(o,5w+x+2y+1,5z) r

Μ (I) _WM (III) xAlySí_zO(o,5w+0,5ax+1,5y+2z) ř (0,5w+0,5ax+2y+1,5z);

,5w+l,5x+1,5y+2z) r (0,5w+l,5x+2y+1,5z) r

Μ (I) _WM (111) _XS íyPzO(0,5w+0,5ax+2y+2,5z) Μ (I) _WM (111) _XS i_yB_zO

Μ (I) _WM (IV) _XS izO(0,5w+l,5x+2z) ΐ Μ (I) _WM (IV) _xAl_yS i_z0(o

Μ (I) _WM (IV) xSiyP_zO(o_>5_W+|_i5x₊2y+2,5z) ^a Μ (I) _WM (IV) _xSiyB_zO kde

M(I) je vodík, lithium, sodík nebo draslík;

Al je hliník;

Si je křemík;

P je fosfor;

0 je kyslík;

B je bor;

M(II) je hořčík, vápník, stroncium nebo baryum;

M(III) je přechodný kov první, druhé nebo třetí řady nebo aktinoid;

M(IV) je kov skupiny lanthanoidů;

a je hodnota valence kovu M(III);

w je hodnota k vyrovnání zvoleného náboje tvořeného hodnotami x, y a z; a x, y a z představují každý nezávisle hodnotu od asi 0,1 do asi 10,0.

• ·

13. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že dále obsahující kroky spočívající v (3) provedeni sedimentace vloček ve vodě k vytvořeni vyčiřené vody; a/nebo (4) filtraci vody obsahující vločky k účinnému odstranění vloček.