DE102006061046A1 - Preparation of raw bentonite - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Rohbentonit, aufbereitetem Bentonit, erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren, die Verwendung dieses Bentonits in der Papierherstellung und/oder -veredelung, insbesondere als Füllstoff, Streichpigment, Retentionsmittel oder rheologischer Zusatz, als Harzbekämpfungsmittel, zur Kontrolle von klebrigen Ablagerungen in der Papiermaschine oder zur Maskierung und/oder Verringerung von Restchemikalien in Pigmenten.The present invention relates to a process for the treatment of crude bentonite, prepared bentonite obtainable by the process according to the invention, the use of this bentonite in papermaking and / or finishing, in particular as a filler, coating pigment, retention agent or rheological additive, as a resin-controlling agent, for the control of sticky deposits in the paper machine or for masking and / or reducing residual chemicals in pigments.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Rohbentonit, aufbereiteten Bentonit erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren, die Verwendung dieses Bentonits in der Papierherstellung und/oder -veredelung, insbesondere als Füllstoff, Streichpigment, Retentionsmittel oder rheologischer Zusatz, als Harzbekämpfungsmittel, zur Kontrolle von klebrigen Ablagerungen in der Papiermaschine oder zur Maskierung und/oder Verringerung von Restchemikalien in Pigmenten.The The present invention relates to a process for the preparation of Rohbentonit, processed bentonite obtainable by the method according to the invention, the use of this bentonite in papermaking and / or finishing, in particular as a filler, Coating pigment, retention agent or rheological additive, as Pitch control means to control sticky deposits in the paper machine or for masking and / or reducing residual chemicals in pigments.
Bentonit ist ein Gestein, das aus einer Mischung verschiedener Tonmineralien besteht und als wichtigsten Bestandteil Montmorillonit enthält, was seine starke Wasseraufnahme- und Quellfähigkeit erklärt. Weitere Begleitmineralien sind Quarz, Glimmer, Feldspat, Pyrit oder auch Calcit. Montmorillonit ist ein hochdisperses, geschichtetes Aluminiumsilikat, in dem wegen der nicht stöchiometrischen Substitution von Kationen des Kristallgitters negative Überschlussladungen erscheinen, die die Austauschkationen, die sich im Interschichtraum befinden, kompensieren. Dies ist die Ursache für die hohe Wasseraufnahmefähigkeit des Bentonits. Wasser dringt in den Interschichtraum des Montmorillonits ein, hydratisiert seine Oberfläche und die Austauschkationen. Dies ruft das Quellen des Minerals hervor. Unterschiedliche Zusammensetzung der Austauschkationen erzeugt unterschiedliches Quellverhalten. Bei dem weiteren Lösen im Wasser bilden solche Bentonite eine stabile zähe Suspension. Eine besondere Gruppe der Bentonite entsteht, wenn ein Teil der Austauschkationen Fettamine darstellen. Man spricht dann von organophilen Bentoniten, die in organischen Lösungsmitteln quellen.bentonite is a rock that is a mixture of different clay minerals consists of montmorillonite and what is the most important ingredient its strong water absorption and swelling capability explained. Further Accompanying minerals are quartz, mica, feldspar, pyrite or too Calcite. Montmorillonite is a highly dispersed, layered aluminum silicate, in that because of the non-stoichiometric Substitution of cations of the crystal lattice negative closure charges appear that the exchange cations that are in the interlayer space to compensate. This is the cause of the high water absorption capacity of bentonite. Water penetrates into the interlayer space of montmorillonite one hydrates its surface and the replacement cations. This causes the swelling of the mineral. Different composition of the exchange cations produces different Swelling behavior. Upon further dissolution in water, such bentonites form a stable tough Suspension. A special group of bentonites is created when one Part of the replacement cations represent fatty amines. One speaks then of organophilic bentonites found in organic solvents sources.
Aufgrund dieser Eigenschaften findet Bentonit vielfältigen Einsatz in den unterschiedlichsten Gebieten wie z. B. bei der Papierherstellung oder -veredelung. Aufgrund seines Flockungsverhaltens und der hohen Adsorptionsfähigkeit erhöht Bentonit die Faser- und Füllstoffretention und verbessert das Entwässerungsverhalten während der Blattbildung.by virtue of Bentonite has many uses in these properties Areas such. B. in papermaking or finishing. by virtue of its flocculation behavior and high adsorption capacity elevated Bentonite the fiber and filler retention and improves drainage behavior while the leaf formation.
Er wird weiterhin eingesetzt zur Adsorption von Störstoffen während des Altpapier-Recyclings und um Probleme mit Harzen oder klebrigen Rückständen im Maschinenkreislauf zu vermeiden.He is still used for the adsorption of contaminants during waste paper recycling and problems with resins or sticky residues in the Machine cycle to avoid.
Bevor Bentonit jedoch in den obigen Verfahren eingesetzt werden kann, muss er aus Rohbentonit, der wie oben erwähnt aus einem Gemisch zahlreicher Tonmineralien oder sonstiger unerwünschter Bestandteile besteht, gewonnen werden.Before Bentonite, however, can be used in the above processes, it must be made from crude bentonite, which, as mentioned above, consists of a mixture of several Clay minerals or other unwanted constituents, be won.
Von der Aufbereitung des Rohbentonits hängt es daher nicht nur ab, ob der Bentonit die gewünschten Eigenschaften besitzt, sondern auch, ob beispielsweise noch abrasive Bestandteile enthalten sind, die das Papier oder die Apparaturen, z. B. das Sieb einer Papiermaschine oder die Klinge eines Streichaggregats, schädigen können, ebenso wie die Effizienz des Produkts.From The processing of raw bentonite therefore not only depends on whether the bentonite has the desired properties has, but also, for example, still abrasive ingredients are included, the paper or equipment, z. B. the sieve a paper machine or the blade of a coating unit, can damage as well like the efficiency of the product.
Die Aufarbeitung des Rohbentonits, die je nach Einsatzbereich, die Trennung des Bentonits bzw. Montmorillonits von unerwünschten Bestandteilen, die Aktivierung mit Alkalisalzen, z. B. Natriumsalzen, die Zerkleinerung und Homogenisierung, etc., umfassen kann, ist ein mehrstufiges zeit-, rohstoff- und kostenaufwendiges Verfahren, dessen Optimierung ein häufiger Gegenstand von Weiterentwicklungsanstrengungen war.The Processing of the raw bentonite, depending on the application, the separation of bentonite or montmorillonite of undesirable components which Activation with alkali salts, eg. As sodium salts, comminution and homogenization, etc., is a multi-step time, resource-consuming and costly process, its optimization frequently Subject of further development efforts was.
So wurden diverse Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften des Bentonits bzw. Montmorillonits in verschiedenen Anwendungsgebieten vorgeschlagen.So have been various methods for improving the properties of Bentonite or montmorillonite in various fields of application proposed.
Weitere Verbesserungsansätze in der Auf- und Verarbeitung von Bentonit betreffen die schlechte Handhabbarkeit des Bentonits aufgrund seiner hohen Quellfähigkeit sowie damit verbundene Transport- und Lagerungsschwierigkeiten.Further improving approaches in the processing and processing of bentonite affect the poor handling Bentonite due to its high swelling capacity and associated Transport and storage difficulties.
So
beschreibt
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trifft im Prinzip auch auf die in
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Zielsetzung haben
Im Übrigen werden Ansätze zur Vereinfachung der Bentonitaufbereitung beschrieben.Incidentally, will be approaches to simplify the Bentonitaufbereitung described.
Keines der vorgenannten Dokumente beschreibt somit jedoch eine Verfahrensvereinfachung bei gleichzeitiger Verbesserung der funktionellen Eigenschaften des Bentonits bei der Papierherstellung und/oder Papierveredelung und gleichzeitig guter Handhabbarkeit.None However, the above-mentioned documents thus describes a simplification of the method while improving the functional properties bentonite in papermaking and / or paper finishing and at the same time good handling.
Eines der größten Probleme, z. B. beim Papierherstellungs- oder -veredelungsprozess stellt die Abrasivität der eingesetzten Stoffe dar, die beispielsweise zu erhöhtem Siebverschleiß oder Abrieb des Streichmessers beim Streichen und damit zu einer Verminderung der Produktionsleistung bis hin zum Maschinenstillstand und folglich nicht nur zu einer Verminderung der Produktionseffizienz sondern auch zu beträchtlichen Kosten führt.One the biggest problems z. In the papermaking or refining process abrasiveness the substances used, for example, to increased Siebverschleiß or abrasion the doctor blade when stroking and thus to a reduction the production performance up to the machine standstill and consequently not only to a reduction in production efficiency but also to considerable Costs leads.
Die gewünschte geringe Abrasivität kann mit den bekannten Trockenmahlungsverfahren, ohne vorherige Aufbereitungsschritte wie Vortrocknung praktisch nicht erreicht werden. Das Problem hierbei ist der hohe natürlich assoziierte Wassergehalt des Rohbentonits bis zu 35 Gew.-%. Dieser gibt den Produkten eine schmierige, schlüpfrige Konsistenz. Es ist deshalb nicht möglich solche Rohbentonite ohne Vortrocknung auf < 20 Gew.-%, besser auf 8–12 Gew.% Restfeuchte in Trockenmühlen auf hohe Feinheiten zu vermahlen. Diese Vortrocknung geschieht vorwiegend thermisch, einerseits durch Sonneneinstrahlung und anderseits durch elektrische und/oder durch Verbrennung erzeugte Wärme. Das erstere hat den Nachteil der langen Zeitdauer. Das letztere ergibt vermehrte CO2 Emission und entspricht daher nicht dem Kyotoprotokoll.The desired low abrasiveness can practically not be achieved with the known dry milling process, without previous treatment steps such as predrying. The problem here is the high naturally associated water content of Rohbentonits up to 35 wt .-%. This gives the products a greasy, slippery consistency. It is therefore not possible to mill such crude bentonites without predrying to <20% by weight, better still to 8-12% by weight of residual moisture in dry mills to high finenesses. This pre-drying is done mainly thermally, on the one hand by solar radiation and on the other hand by electrical and / or generated by combustion heat. The former has the disadvantage of long duration. The latter results in increased CO 2 emission and therefore does not comply with the Kyoto Protocol.
Diese Nachteile können durch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die dadurch erhältlichen Bentonite erheblich verringert werden.These Disadvantages can by the method according to the invention and the resulting available Bentonites are significantly reduced.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung zum einen die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Aufbereitung von Rohbentonit bereitzustellen. Hierbei liegt das Ziel in der Reduzierung der einzelnen, notwendigen zeit- und energieintensiven Verfahrensschritte. Ziel der Erfindung ist es die Verfahrens- respektive Veredlungsschritte von Rohbentonit bis zur Endanwendung auf zwei, maximal drei Schritte zu reduzieren.Consequently the present invention is based on the one to provide a simplified method of processing raw bentonite. Here, the goal is to reduce the individual, necessary time and energy intensive process steps. Object of the invention it is the process or upgrading steps of raw bentonite reduce to a maximum of two, maximum three steps, until the end application.
Weiterhin ist ein Ziel bei dem Verfahren auf organische Komplexbildner wie NTA, EDTA, DTPA und Salze der Polyacrylsäure zur Unterstützung der Aktivierung zu verzichten, einerseits um die Umweltbelastung zu reduzieren und andererseits Störungen durch solche Chemikalien in der späteren Anwendungen zu vermeiden. Es ist zum Beispiel bekannt, dass Komplexbildner Schwermetalle wie Quecksilber aus Gewässersedimenten lösen können und somit zu erhöhten Werten in Trinkwasser führen können.Farther One goal in the process is to use organic complexing agents such as NTA, EDTA, DTPA and salts of polyacrylic acid in support of Activation to renounce, on the one hand to the environmental impact reduce and on the other hand disturbances by avoiding such chemicals in the later applications. For example, it is known that complexing agents contain heavy metals Mercury from water sediments can solve and thus increased Values in drinking water can.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Bentonits, der verbesserte Eigenschaften aufweist, insbesondere hinsichtlich der Abrasivität, ohne die ansonsten notwendige Funktionalität des Bentonits negativ zu beeinflussen bzw. diese sogar zu unterstützen beim Einsatz in der Papierherstellung- und/oder -veredelung sowie dessen Verwendung als Hilfsmittel im Papierherstellungs- und -veredelungsprozess.A Another object of the present invention is the provision a bentonite having improved properties, in particular in terms of abrasiveness, without the otherwise necessary functionality of the bentonite negative influence or even support it when used in papermaking and / or refining and its use as an aid in Papermaking and refining process.
Zur Lösung der Aufgaben dienen die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmale.to solution The objects are as defined in the independent claims Characteristics.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.advantageous Embodiments of the present invention will become apparent from the dependent claims and the following description.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Rohbentonit.The The object of the invention is achieved by the method according to the invention for processing raw bentonite.
Gemäß diesem Verfahren wird eine wässerige Aufschlämmung umfassend Rohbentonit mit einem Feststoffgehalt von maximal 19 Gew.-% bereitgestellt, die auf eine mittlere Teilchengröße von kleiner 1 μm nass vermahlen wird.According to this Process becomes an aqueous slurry comprising crude bentonite having a maximum solids content of 19% by weight which are wet-ground to an average particle size of less than 1 μm becomes.
Rohbentonit kommt auf der ganzen Welt vor, so z. B. in den USA, Uruguay, Argentinien, Neuseeland, China, Russland, Marokko, der Türkei ebenso wie in Europa, beispielsweise in Griechenland und Deutschland. Erfindungsgemäß einsetzbar sind alle kommerziell erhältlichen Rohbentonite, insbesondere Bentonit aus Marokko, Milos (Griechenland), Bakirgöl (Türkei) und Neuseeland.Raw bentonite is found all over the world, such. In the USA, Uruguay, Argentina, New Zealand, China, Russia, Morocco, Turkey as well as in Europe, for example in Greece and Germany. Usable according to the invention are all commercially available crude bentonites, in particular bentonite from Morocco, Milos (Greece), bakirgol (Turkey) and New Zealand.
Der in dem Rohbentonit enthaltene Bentonit ist bevorzugt Erdalkalihaltiger Bentonit, in dem die Smektitgruppe fast ausschließlich mit Calcium- und/oder Magnesiumionen in den Zwischenschichten belegt ist. Solche Bentonite kommen z. B. in Deutschland und Griechenland vor. Es kann aber auch Rohbentonit eingesetzt werden, der Bentonit enthält, dessen Smektit-Gruppe überwiegend mit Natriumionen in den Zwischenschichten belegt ist. Solche Bentonite kommen z. B. in den USA vor. Ebenfalls möglich ist der Einsatz von Rohbentonit, dessen Zwischenschichten sowohl mit Natrium- wie auch Calcium- und/oder Magnesiumionen belegt sind. Solche Bentonite kommen z. B. in Marokko vor. Auch können weiterhin andere Alkali-Ionen wie Kaliumionen vorhanden sein.Of the Bentonite contained in the crude bentonite is preferably alkaline earth metal Bentonite, in which the smectite group almost exclusively with Calcium and / or magnesium ions in the intermediate layers occupied is. Such bentonites come z. In Germany and Greece in front. But it can also be used Rohbentonit, the bentonite contains its smectite group predominantly is occupied by sodium ions in the intermediate layers. Such bentonites come z. In the USA. Also possible is the use of raw bentonite, its intermediate layers with both sodium and calcium and / or Magnesium ions are occupied. Such bentonites come z. In Morocco in front. Also can other alkali ions such as potassium ions may be present.
Wie eingangs erwähnt enthält der Rohbentonit für gewöhnlich verschiedene Tonmineralien wie insbesondere Montmorillonit als Hauptbestandteil, aber auch Quarz, Glimmer, Feldspat, Pyrit, Calcit und/oder Cristobalit. Diese Mineralien können in veränderlichen Anteilen vorhanden sein ebenso wie weitere Bestandteile, je nach Herkunftsort.As mentioned in the beginning contains the raw bentonite for usually various clay minerals such as in particular montmorillonite as the main constituent, but also quartz, mica, feldspar, pyrite, calcite and / or cristobalite. These minerals can in changeable Shares are present as well as other components, depending on Place of origin.
Für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet sind Bentonite mit einem Montmorilonitgehalt von > 60 Gew.-%, bevorzugt > 80 Gew.-%, z. B. zwischen 85 und 95 Gew.-%.For the inventive method particularly suitable are bentonites with a montmorilonite content of> 60 wt .-%, preferably> 80 wt .-%, z. B. between 85 and 95 wt .-%.
Die Aufschlämmung des Rohbentonits erfolgt in einem wässerigen Medium, bevorzugt unter Verwendung eines herkömmlichen Rührwerks oder Dispergieraggregats.The slurry of the crude bentonite is carried out in an aqueous medium, preferably using a conventional agitator or dispersing aggregate.
Während des Aufschlämmungs- und Mahlschritts kann die Temperatur der Mischung von Raumtemperatur bis auf 40 bis 100°C, bevorzugt 50 bis 80°C erhöht werden. Besonders bevorzugt kommt die Erwärmung hierbei durch die innere Reibungsenergie zu Stande und muss nicht extern zugeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass zum Beispiel die Dispergier- und Vermahlbarkeit weiter zunimmt und eine eventuelle chemische Reaktion mit anorganischen Chemikalien, wie Aktivierungsreagenzien beschleunigt wird.During the slurry and grinding step can change the temperature of the mixture from room temperature up to 40 to 100 ° C, preferably 50 to 80 ° C elevated become. Particularly preferably, the heating here comes through the inner Friction energy to conditions and must not be supplied externally. This has the advantage that, for example, dispersibility and millability continues to increase and a possible chemical reaction with inorganic Chemicals, as activation reagents are accelerated.
Der Rohbentonit-Feststoffgehalt in der wässerigen Aufschlämmung beträgt maximal 19 Gew.-%. In einer speziellen Ausführungsform kann er 2 bis 19 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, mehr bevorzugt 7 bis 12 Gew.-%, insbesondere 8 bis 10 Gew.-%, z. B. 9 Gew.-% betragen.Of the Rohbentonit solids content in the aqueous slurry is maximum 19% by weight. In a specific embodiment, it may be 2 to 19 Wt .-%, preferably 5 to 15 wt .-%, more preferably 7 to 12 wt .-%, in particular 8 to 10 wt .-%, z. B. 9 wt .-% amount.
Die Konzentration des Feststoffs wird so gewählt, dass die Viskosität der Aufschlämmung für die Effizienz in der Vermahlung optimal ist, d. h. zwischen 10 und 5000 mPa·s, besser 100 bis 1000 mPa·s und bevorzugt im Bereich von 150 bis 600 mPa·s liegt, gemessen mit einem Brookfield Viskosimeter (wie in den Beispielen beschrieben). Die optimale Konzentration ist abhängig vom Vorkommen, d. h. der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung des Rohbentonits und dessen Quellbarkeit, die wiederum die Viskosität beeinflusst.The Concentration of the solid is chosen so that the viscosity of the slurry for efficiency is optimal in the milling, d. H. between 10 and 5000 mPa · s, better 100 to 1000 mPa · s and preferably in the range of 150 to 600 mPa · s, measured with a Brookfield viscometer (as described in the examples). The optimal concentration is dependent from occurrence, d. H. the chemical and mineralogical composition of crude bentonite and its swellability, which in turn affects the viscosity.
Wenn die Rohbentonit-Aufschlämmung die gewünschte Konsistenz aufweist, wird sie einer Nassvermahlung unterworfen, bei der auch abrasive Verunreinigungen so klein vermahlen werden, dass sie bei der späteren Anwendung nicht mehr abrasiv wirken.If the crude bentonite slurry the desired Consistency, it is subjected to wet grinding, in which also abrasive impurities are ground so small, that at the later Application no longer have an abrasive effect.
Die Viskosität kann hierbei durch Verdünnen mit Wasser und optimieren des Feststoffgehalts reguliert werden.The viscosity can be diluted be regulated with water and optimize the solids content.
Der Bentonit-Feststoffgehalt in der wässerigen Aufschlämmung nach der Nassvermahlung beträgt bevorzugt von 2 bis 19 Gew.-%, mehr bevorzugt von 5 bis 18 Gew.-%, besonders bevorzugt von 6 bis 12 Gew.-%, z. B. 7 Gew.-%.Of the Bentonite solids content in the aqueous slurry after the wet grinding is preferably from 2 to 19% by weight, more preferably from 5 to 18% by weight, more preferably from 6 to 12% by weight, e.g. B. 7 wt .-%.
Zu den abrasiven Verunreinigungen, die im Rohbentonit anfallen können und vermahlen werden, zählen beispielsweise Silikate wie Quarz, Feldspate und ChloriteTo the abrasive impurities which can be produced in the crude bentonite and be ground, count For example, silicates such as quartz, feldspar and chlorites
Die Rohbentonit-Aufschlämmung wird bei der Nassvermahlung auf einen mittleren Teilchendurchmesser von bevorzugt kleiner 1 μm, bevorzugt kleiner 0.8 μm, insbesondere kleiner 0.5 μm, z. B. in einem Bereich von 0.05 bis 0.3 μm, mehr bevorzugt 0.1 bis 0.2 μm, beispielsweise 0.15 μm, bestimmt durch Sedimentationsanalyse (auf dem Sedigraph 5100, Micrometrics) vermahlen.The Raw bentonite slurry is wet-ground to an average particle diameter of preferably less than 1 μm, preferably less than 0.8 μm, in particular smaller than 0.5 μm, z. In a range of 0.05 to 0.3 μm, more preferably 0.1 to 0.2 μm, for example 0.15 μm, determined by sedimentation analysis (on the Sedigraph 5100, Micrometrics) ground.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen nach der Nassvermahlung > 50 Gew.-%, besser > 80 Gew.-%, insbesondere > 90 Gew.-% der Teilchen einen sphärischen Äquivalentdurchmesser von < 0.2 μm auf (bestimmt durch Sedimentationsanalyse auf dem Sedigraph 5100, Micrometrics).In a particularly preferred embodiment indicate after wet grinding> 50 % By weight, better> 80 % By weight, in particular> 90 % By weight of the particles have a spherical equivalent diameter of <0.2 μm (determined by sedimentation analysis on the Sedigraph 5100, Micrometrics).
Wurden Bentonite mit einem hohen Anteil an Calcium- und/oder Magnesiumionen eingesetzt, besteht weiterhin die Möglichkeit diese mit anorganischen Aktivierungsmitteln wie Alkali- Carbonatsalzen, zu aktivieren. In Frage kommen hierfür beispielsweise Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat oder Mischungen davon.were Bentonites with a high content of calcium and / or magnesium ions used, there is still the possibility of this with inorganic Activating agents such as alkali carbonate salts, to activate. For example, sodium carbonate, Potassium carbonate or mixtures thereof.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Aktivierung bei der Nassvermahlung, indem eine oder mehrere der genannten aktivierenden Substanzen zusammen mit dem Bentonit vermahlen werden.In a particularly preferred embodiment according to the present Invention, the activation takes place in the wet grinding, by one or more of said activating substances together are ground with the bentonite.
Diese werden zu diesem Zwecke bevorzugt in einer Menge von 0.5 bis 10 Gew.-%, mehr bevorzugt in einer Menge von 1 bis 8 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 3 bis 6 Gew.-%, beispielsweise 5 Gew.-% basierend auf dem Gewicht des im Bentonit enthaltenen Montmorillonits zu der Bentonitaufschlämmung zugegeben.These are preferred for this purpose in an amount of 0.5 to 10 Wt .-%, more preferably in an amount of 1 to 8 wt .-%, in particular in an amount of 3 to 6% by weight, for example 5% by weight on the weight of the montmorillonite contained in the bentonite to the bentonite slurry added.
Die molare Konzentration an austauschbaren Alkalimetallionen in der wässerigen Phase beträgt hierbei bevorzugt nur < 0.1 Mol/Liter, mehr bevorzugt 0.01 bis 0.05 Mol/Liter, insbesondere 0.02–0.04 Mol/Liter. Trotz dieser sehr geringen Konzentration erfolgt der Austausch wesentlich effizienter und schneller als bei den üblichen trockenen und halbtrockenen Aktivierungsverfahren.The molar concentration of exchangeable alkali metal ions in the aqueous Phase is in this case only <0.1 Mol / liter, more preferably 0.01 to 0.05 mol / liter, in particular 00:02 to 12:04 Moles / liter. Despite this very low concentration, the Exchange much more efficient and faster than the usual dry and semi-dry activation method.
Die Mahlung kann in allen dem Fachmann für die Nassvermahlung von Mineralien bekannten Mahlvorrichtungen durchgeführt werden. Besonders geeignet sind hierfür beispielsweise übliche horizontale oder vertikale. Kugelmühlen, Strahlplattenmühlen, Kolloidmühlen oder Attritormühlen, wie sie z. B. von der Firma Dynomill vertrieben werden.The Grinding can be done in all the specialist for the wet milling of minerals known milling devices are performed. Particularly suitable are for this for example usual horizontal or vertical. Ball mills, jet plate mills, colloid mills or attritor, as they are z. B. sold by the company Dynomill.
Als Mahlkörper werden bevorzugt Mahlkugeln mit einem Durchmesser von 0.1 bis 5 mm, mehr bevorzugt 0.2 bis 3 mm, insbesondere 0.5 bis 2 mm, beispielsweise 1 mm, aber auch Sand, z. B. Quarzsand, mit einem Durchmesser von beispielsweise 0.1 bis 2 mm eingesetzt.When grinding media are preferably grinding balls with a diameter of 0.1 to 5 mm, more preferably 0.2 to 3 mm, in particular 0.5 to 2 mm, for example 1 mm, but also sand, z. B. quartz sand, with a diameter of used for example 0.1 to 2 mm.
Die Mahlkugeln bestehen bevorzugt aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe umfassend Zirkonium, Cer- oder Yttrium-stabilisiertes Zirkonium und Zirkoniumsilikat.The Grinding balls are preferably made of a material selected from the group comprising zirconium, cerium or yttrium stabilized Zirconium and zirconium silicate.
Ein geeignetes Gewichtsverhältnis von Bentonit zu Mahlkugeln beträgt hierbei beispielsweise von 1:10 bis 1:100, von 1:20 bis 1:80, von 1:30 bis 1:60, bevorzugt 1:50.One suitable weight ratio from bentonite to grinding balls in this case for example from 1:10 to 1: 100, from 1:20 to 1:80, from 1:30 to 1:60, preferably 1:50.
Nach der Nassvermahlung kann die Bentonitaufschlämmung aufkonzentriert werden. Die Aufkonzentrierung kann auf einen Feststoffgehalt von bis zu 30 Gew.-%, bevorzugt auf einen Bereich von 12 bis 17 Gew.-% erfolgen. Bevorzugt wird die Konzentration nach der Vermahlung um 3 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt um ca. 10 Gew.-%, z. B. von 7 Gew.-% auf 17 Gew.-% erhöht.To wet grinding, the bentonite slurry can be concentrated. The concentration can be up to a solids content of up to 30% by weight, preferably to a range of 12 to 17% by weight. The concentration after milling is preferably 3 to 15 Wt .-%, more preferably about 10 wt .-%, z. B. increased from 7 wt .-% to 17 wt .-%.
Besonders vorteilhaft ist die Aufkonzentrierung beispielsweise bei einer externen Produktion zur Optimierung der Lager und Transporteigenschaften. Bei einer „on-side"-Anlage beim späteren Anwender beispielsweise kann die Aufschlämmung direkt eingesetzt werden.Especially The concentration is advantageous, for example, in an external Production to optimize the storage and transport properties. For an on-side installation with the later user For example, the slurry be used directly.
Die Aufkonzentrierung kann mit für diesen Zweck gängigen Vorrichtungen erfolgen, beispielsweise mittels einer Zentrifuge oder Filterpresse. Sie kann auch thermisch durchgeführt werden.The Concentration can be with for common to this purpose Devices take place, for example by means of a centrifuge or filter press. It can also be carried out thermally.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit ein wesentlich vereinfachtes Verfahren zur Aufarbeitung von Rohbentonit dar, speziell zur Reduzierung von dessen Abrasivität durch Vermahlung des Bentonits zusammen mit seinen unerwünschten abrasiven Bestandteilen, ggf. unter vorheriger Abtrennung sehr grober Bestandteile.The inventive method thus provides a much simplified process for the processing of Raw bentonite, especially for reducing its abrasiveness Milling the bentonite along with its undesirable abrasive components, if necessary with prior separation very coarse Ingredients.
Aufgrund der Tatsache, dass die im Stand der Technik sonst üblichen und erforderlichen Trocknungs-, Mahl- und anschließenden Resuspendierungsschritte durch einen einzigen Schritt, dem des Nassvermahlens ersetzt werden können, stellt das erfindungsgemäße Verfahren auch eine energie- und kostensparende Neuentwicklung dar, insbesondere, da, falls erforderlich, zusätzlich auch die Aktivierung, die für gewöhnlich ebenfalls einen gesonderten Schritt darstellt, in den Nassvermahlungsschritt integriert werden kann und das Verfahren ohne organische Komplexbildner auskommt.by virtue of the fact that the usual in the prior art and required drying, milling and subsequent resuspension steps be replaced by a single step, the wet grinding can, represents the inventive method also an energy and cost saving new development, in particular, there, if necessary, in addition also the activation for usually also represents a separate step in the wet grinding step can be integrated and the process without organic complexing agents gets along.
Im Übrigen liefert das erfindungsgemäße Verfahren Bentonite, die nicht nur den Bentoniten des Stands der Technik gleichwertig, sondern diesem in vielerlei Hinsicht sogar überlegen sind.Incidentally supplies the inventive method Bentonites, which are not only equivalent to bentonites of the state of the art, but even superior to it in many ways.
Eine weitere Lösung der vorliegenden Erfindung stellt somit ein aufbereiteter Bentonit dar, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist.A another solution The present invention thus provides a processed bentonite that is, with the inventive method available is.
Dieser Bentonit hat diverse Vorteile wie zum Beispiel eine deutlich geringere Abrasion als übliche in der Papierherstellung und/oder -veredelung beispielsweise als Füllstoff oder Streichpigment verwendete Bentonite.This Bentonite has several advantages, such as a much lower one Abrasion as usual in papermaking and / or finishing, for example as filler or coating pigment used bentonites.
Die Abrasion dieses Bentonits, gemessen auf dem Abrasionstester AT 2000 der Firma Einlehner, Deutschland, welche den Siebverschleiß in der Papiermaschine simuliert, ist beispielsweise kleiner 3 mg, bevorzugt kleiner 2 mg, beispielsweise 1 mg. Die Abrasion, gemessen auf dem AT 1000, ebenfalls von der der Firma Einlehner, Deutschland, welche ein Maß für den Messerverschleiß beim Streichen simuliert, ist bevorzugt kleiner 30 mg, mehr bevorzugt kleiner 20 mg, besonders bevorzugt kleiner 15 mg, insbesondere kleiner 10 mg, z. B. von 7 bis 9 mg, aber auch kleiner 5 mg, z. B. 4 oder 2 mg.The Abrasion of this bentonite, measured on the abrasion tester AT 2000 the company Einlehner, Germany, which the Siebverschleiß in the Paper machine simulated, for example, less than 3 mg, preferably less than 2 mg, for example 1 mg. The abrasion, measured on the AT 1000, also from the company Einlehner, Germany, which a measure of knife wear when painting is preferably less than 30 mg, more preferably less than 20 mg, more preferably less than 15 mg, in particular less than 10 mg, z. B. from 7 to 9 mg, but also less than 5 mg, z. 4 or 2 mg.
In Anbetracht dieser hervorragenden geringen abrasiven Eigenschaften ist daher eine weitere Lösung der vorliegenden Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Bentonite in der Papierherstellung sowie in den Papierveredelungsprozessen wie Streichen, wo sie vorteilhaft als Additive verwendet werden können.In Considering these outstanding low abrasive properties is therefore another solution of present invention, the use of the bentonites according to the invention in papermaking and in paper finishing processes like brushing, where they are used to advantage as additives can.
Er kann hier insbesondere als Füllstoff, Streichpigment, Retentionshilfsmittel, insbesondere Füllstoff- und Gesamtretentionshilfsmittel, oder rheologischer Zusatz wie die hervorragenden Quellvolumina in den Beispielen zeigen verwendet werden.He can be used here in particular as a filler, Coating pigment, retention aids, in particular filler and Total retention aid, or rheological additive such as the outstanding Swell source volumes in the examples show.
Eine weitere Verwendung des erfindungsgemäßen Bentonits ist der Einsatz zur Maskierung und/oder Verringerung von Restchemikalien.A Further use of the bentonite according to the invention is the use for masking and / or reducing residual chemicals.
Hierbei wird der Bentonit in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zusammen mit anderen Mineralien und/oder den Restchemikalien oder Restchemikalien enthaltenden Mineralien nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nass vermahlen.in this connection is the bentonite in a particularly preferred embodiment together with other minerals and / or the residual chemicals or Residual chemicals containing minerals according to the inventive method wet ground.
Des weiteren zeigt der erfindungsgemäße Bentonit auch besondere Vorteile beim Einsatz als Harzbekämpfungsmittel, insbesondere bei der Bekämpfung von kolloidalem Holzharz.Of further shows the bentonite according to the invention also special advantages when used as a resin control agent, in particular in the fight of colloidal wood resin.
Besonders gute Ergebnisse werden hierbei erzielt bei der Kombination des Bentonits mit Talk aufgrund seiner Gleitmitteleigenschaften und seiner chemischen Inertheit und daraus resultierenden Unempfindlichkeit hinsichtlich pH-Wert- und Leitfähigkeitsänderungen. Des weiteren trägt der Talk in der Mischung mit dem erfindungsgemäßen Bentonit aufgrund seiner haftlösenden Eigenschaft dazu bei, dass bereits existierende Agglomerate weniger haften.Especially Good results are achieved in the combination of bentonite with talc due to its lubricating properties and its chemical properties Inertness and resulting insensitivity to pH and conductivity changes. Further contributes the talc in the mixture with the bentonite according to the invention due to its way solved Property that already existing agglomerates less be liable.
Der Talk kann dem erfindungsgemäßen Bentonit einfach zugemischt oder mit diesem vermahlen werden, vorzugsweise in dem Nassvermahlungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens.Of the Talc may be the bentonite of the invention simply mixed or ground with this, preferably in the wet milling step of the process of the invention.
Somit stellt nicht nur das erfindungsgemäße Verfahren eine Vereinfachung und damit Verbesserung im Vergleich zu im Stand der Technik bekannten Aufbereitungsverfahren von Bentonit dar, der so erhaltene Bentonit hat ebenfalls verbesserte Eigenschaften gegenüber herkömmlich aufbereiten Bentoniten und ist vielfältig und ökonomisch in diversen Schritten des Papierherstellungs- und/oder -veredelungsprozesses einsetzbar.Consequently not only does the inventive method simplify and thus improvement compared to known in the art Preparation process of bentonite, the bentonite thus obtained also has improved properties over conventionally processed bentonites and is diverse and economically in various steps of the papermaking and / or finishing process used.
Die nachfolgend beschriebenen Figuren, Beispiele und Versuche dienen der Erläuterung der Erfindung und sollen diese in keiner Weise einschränken.The hereinafter described figures, examples and experiments serve the explanation of the invention and are not intended to limit this in any way.
Figurenbeschreibung:Brief Description:
BEISPIELE:EXAMPLES:
1. Beispiele zu erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren1. Examples of production processes according to the invention
1.1 Eingesetzte Materialien/Vergleichsmaterialien1.1 Materials used / comparison materials
Zur Durchführung der Versuche wurden die in Tabelle 1 aufgeführten und charakterisierten bekannten kommerziell erhältlichen Rohmaterialien verwendetto execution The experiments were those listed and characterized in Table 1 known commercially available Raw materials used
Die Korngrößenverteilung wurde mittels Sedigraph 5100 bestimmt.The Particle size distribution was determined by means of Sedigraph 5100.
Die Feuchtigkeit wurde mittels einer Mettler Trockenwaage (Mettler AG, Greifensee, Schweiz) bestimmt.The Moisture was measured using a Mettler dry balance (Mettler AG, Greifensee, Switzerland).
Das
Quellvolumen wurde nach folgender Vorschrift bestimmt:
Ein
100 ml Messzylinder wird exakt bis zur Messmarke mit 100 ml entionisiertem
Wasser befüllt.
2.0 g der Probe werden auf einem Probenschiffchen eingewogen (Genauigkeit
der Einwaage: 10 mg). Mit einem Spatel oder direkt vom Wägeschiffchen
wird die Probe portionsweise langsam auf die Oberfläche des
Wassers gegeben, so dass ein Berühren
der Messzylinderwandung und des Meniskusrandes vermieden wird. Man
wartet das Absinken einer zugegebenen Portion ab, bevor man die
nächste
zugibt und achtet darauf, dass keine Luft mit nach unten gerissen
wird. Falls sich mitgerissene Luft nicht durch Klopfen entfernen
lässt,
muss die Bestimmung wiederholt werden. Nachdem die 2 g Probe zugegeben
und auf den Messzylinderboden abgesunken ist, wird 2 Std. nach Einfüllen der
Probe die Höhe
des gequollenen Bodenkörpers
abgelesen.The swelling volume was determined according to the following procedure:
A 100 ml graduated cylinder is filled up to the measuring mark with 100 ml deionised water. 2.0 g of the sample are weighed on a sample boat (accuracy of the weighing: 10 mg). With a spatula or directly from the weigh boat, the sample is slowly added in portions to the surface of the water, so that touching the Messzylinderwandung and meniscus edge is avoided. Wait for the amount of added portion to decrease before adding the next, making sure that no air is pulled down. If entrained air can not be removed by knocking, the determination must be repeated. After the 2 g sample has been added and dropped onto the measuring cylinder bottom, the height of the swollen soil body is read 2 hours after filling the sample.
Auswertung:Evaluation:
Das Quellvolumen wurde sofort nach Zugabe de 2 g Probe, nach 2 Std. und nach 24 Std. bestimmt. Es berechnet sich nach folgender Formel. Bei der Angabe des Quellvolumens ist der Wassergehalt der eingewogenen Probe zu berücksichtigen: The swelling volume was determined immediately after addition of the 2 g sample, after 2 hours and after 24 hours. It is calculated according to the following formula. When specifying the swelling volume, the water content of the weighed sample should be taken into account:
Die Abrasion wurde auf den Abrasionstestern AT 2000 und AT 1000 der Firma Einlehrer, Deutschland, bestimmt.The Abrasion was tested on the abrasion testers AT 2000 and AT 1000 of the Company Einlehrer, Germany, determined.
Es
wurden folgende Resultate für
die eingesetzten Materialien erhalten: Tabelle 1:
- * Schwankungsbereich innerhalb verschiedener Proben
- ** gemessen nach Trocknen auf 11 Gew.-% Restfeuchte im Sprühtrockner
- *** aufgrund hohem Grobanteil nur bis zu dem angegebenen Wert bestimmbar, um das Prüfgerät nicht zu beschädigen.
- **** Die Proben wurden bei 2 mm gesiebt. Danach waren die Proben immer noch zu grob, um auf dem Sedigraph 5100 gemessen zu werden. Deshalb wurde eine orientierende 100 μm Siebung durchgeführt.
- * Fluctuation range within different samples
- ** measured after drying to 11 wt .-% residual moisture in the spray dryer
- *** due to high coarse fraction only up to the specified value determined so as not to damage the tester.
- **** The samples were screened at 2 mm. After that, the samples were still too coarse to be measured on the Sedigraph 5100. Therefore, an orienting 100 μm sieving was performed.
1.2. Erfindungsgemäßes Herstellungsverfabren1.2. Inventive Production Process
- a) Der jeweilige Rohbentonit aus Tabelle 1 (Probe Nr. 3–6) wurde bei einem Feststoffgehalt von ca. 12% angeschlämmt. Die Rohprodukte wurden jeweils vor der Verwendung bei 3 mm abgesiebt, um Schäden an der verwendeten Mühle durch zu hohen Grobanteil zu vermeiden).a) The respective crude bentonite from Table 1 (Sample No. 3-6) was slurried at a solids content of about 12%. The Crude products were screened off at 3 mm each before use, for damage at the mill used to avoid excessive coarse fraction).
- b) Die Anschlämmung wurde mittels einer Schlauchquetschpumpe mit einer Geschwindigkeit von 150–240 Liter/Std. durch die Dynomill-Kugelmühle (Inhalt 1.4 Liter; Vertrieb: Willy A. Bachofen, Basel) gepumpt (Pumpe Marke FindeR; Schlauch: Innendurchmesser 7 mm). Der Druck am Mühleneingang betrug 0.2–0.5 bar. Die Aufschlämmung wurde bei Ansteigen des Druckes auf > 1 bar mit Wasser verdünnt. Es wurde so lange im Kreislauf vermahlen, bis die gewünschte Korngrößenverteilung erreicht wurde. Optional wurde zu Beginn der Mahlung Natriumcarbonat (5 Gew.-% bezogen auf den trockenen Bentonit) als Aktivierungsmittel zugegeben. Es kann als Feststoff oder aber auch vorgelöst in Wasser flüssig dosiert werden. Ein Teil der Aufschlämmung wurde anschließend mit einem GEA NIRO A/S Sprühtrockner (Typ Mobil Minor 3247, Baujahr 2005) getrocknet, um die Quellfähigkeit in Wasser zu bestimmen.b) The slurry was using a peristaltic pump at a speed from 150-240 liters / hour through the Dynomill ball mill (Content 1.4 liters, sales: Willy A. Bachofen, Basel) pumped (pump Brand finder; Hose: inner diameter 7 mm). The pressure at the mill entrance was 0.2-0.5 bar. The slurry was diluted to> 1 bar with water as the pressure increased. It has been in circulation for so long ground until the desired Particle size distribution was achieved. Optionally, sodium carbonate was added at the beginning of the milling (5 wt .-% based on the dry bentonite) as an activating agent added. It can be used as a solid or else pre-dissolved in water liquid be dosed. A portion of the slurry was then washed with a GEA NIRO A / S spray dryer (Type Mobil Minor 3247, built in 2005) dried to the swelling capacity to determine in water.
1.3 Hufkonzentrierung1.3 hoof concentration
Die in Tabelle 2 angegebene Probe (3/4), die nach der Vermahlung einen Festststoffgehalt von 7.2 Gew.-% aufwies wurde mittels eines Druckfilters bei 6 bar um 10 Gew.-% auf 17.3 Gew.-% aufkonzentriert. Die Brookfield-Viskosität der aufkonzentrierten Aufschlämmung, gemessen bei 100 U/min, Spindel 7, lag bei 17000 mPas.The in Table 2 (3/4), which after grinding one Solids content of 7.2 wt .-% had was using a pressure filter at 6 bar by 10 wt .-% to 17.3 wt .-% concentrated. The Brookfield viscosity of the concentrated slurry measured at 100 rpm, spindle 7, was 17,000 mPas.
2. Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bentonite2. Properties of after the method according to the invention prepared bentonites
2.1 Abrasivität, Quellvolumen/Aktivierungsfähigkeit2.1 Abrasiveness, swelling volume / activating ability
Die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Bentonite wurden zunächst auf ihre Eigenschaften hinsichtlich Abrasivität, Quellvolumen und der Aktivierungsmhigkeit untersucht.The Bentonites prepared by the process described above first on their properties in terms of abrasiveness, swelling volume and the Aktivierungsmhigkeit examined.
Die
entsprechenden Resultate werden in den Tabellen 2 und 3 wiedergegeben.
Die Messungen der einzelnen Parameter wurden wie oben angegeben
durchgeführt: Tabelle 2:
- *1 nach Trocknen auf 10 Gew.-% Feuchte im Sprühtrockner
- * nach Trocknen auf 10 Gew.-% Feuchte im Sprühtrockner
- * 1 after drying to 10% by weight of moisture in the spray dryer
- * after drying to 10% by weight of moisture in the spray dryer
a) Abrasivitäta) abrasiveness
Die Abrasivität der erfindungsgemäßen Proben ist deutlich geringer als bei den Ausgangsmaterialien. So liegt sie ursprünglich bei über 15 mg (AT 2000) bzw. über 25 mg (AT 1000) während sie bei den erfindungsgemäßen Proben, auch bei den aktivierten in einem Bereich von < 1 bis 5.4 (AT 2000) bzw. 2 bis 13 mg (AT 1000) liegt.The abrasiveness the samples according to the invention is significantly lower than the starting materials. That's how it is she originally at over 15 mg (AT 2000) or over 25 mg (AT 1000) during in the samples according to the invention, also with the activated ones in a range of <1 to 5.4 (AT 2000) resp. 2 to 13 mg (AT 1000).
Auch im Vergleich mit den trocken vermahlenen Vergleichsproben 1 (Rheobent SF weiss; mit 5 Gew.-% NaCO3 bei 18 Gew.-% Wassergehalt aktiviert und anschliessend trocken vermahlen bei 10 Gew.-% ± 2 Gew.-% Feststoffgehalt unter Verwendung einer Kugelmühle mit integriertem Sichter) und 2 zeigen die erfindungsgemäßen Proben (3/1) bis (3/4) deutlich verringerte Abrasionswerte.Also activated in comparison with the dry-milled comparative samples 1 (Rheobent SF white, with 5 wt .-% NaCO 3 at 18 wt .-% water content and then dry milled at 10 wt .-% ± 2 wt .-% solids content using a Ball mill with integrated classifier) and 2 show the samples according to the invention (3/1) to (3/4) significantly reduced abrasion values.
b) Aktivierungsfähigkeit/Quellvolumenb) activation capacity / swelling volume
Die
in
Auch zeigt der Vergleich des Quellvolumens der Probe (3/4) mit kommerziell erhältlichem trocken gemahlenem Natrium-Bentonit (Probe (1)), dass die Aktivierung zu einer besseren Quellfähigkeit führte. Dasselbe gilt für die erfindungsgemäße Probe (3/2) im Vergleich mit der trocken vermahlenen Probe (2).Also shows the comparison of the swelling volume of the sample (3/4) with commercial -available dry-ground sodium bentonite (sample (1)) that activation to a better swelling ability led. The same applies to the sample according to the invention (3/2) compared with the dry-ground sample (2).
Das Quellvolumen ist insofern von Bedeutung als es eine wichtige Eigenschaft für die Verwendung als rheologischer Zusatz darstellt. In Anbetracht der erhaltenen Ergebnisse sind die erfindungsgemäßen Bentonite bei deutlich verringerter Abrasion den bekannten wenigsten ebenbürtig, wenn nicht sogar überlegen und somit hervorragend als rheologischer Zusatz einsetzbar.The Source volume is important in that it is an important feature for the Use as a rheological additive represents. In view of the The results obtained are the bentonites according to the invention clearly reduced abrasion equal to the known few if not even superior and thus ideal for use as a rheological additive.
2.2 Versuche zur Unterstützung des Retentionsverhalten von Calciumcarbonat durch die erfindungsgemäßen Bentonite2.2 attempts to support the Retention behavior of calcium carbonate by the bentonites according to the invention
a) Materialiena) materials
Für die Prüfung der
Retentionshilfsmittelwirkung der erfindungsgemäßen Bentonite wurde ein Faserstoff
der folgenden Zusammensetzung hergestellt: Tabelle 4
Als Retentionshilfsmittel wurden die bekannten Proben (1) und (2) (siehe Tabelle 1) sowie die erfindungsgemäßen Bentonitproben (3/1), (3/3) und (3/4) (siehe Tabelle 2) sowie Mischungen derselben mit dem bekannten, Polyacrylamid basierten Retentionsmittel Percol 47 der Firma CIBA eingesetzt.When Retention aids were the known samples (1) and (2) (see Table 1) and the bentonite samples (3/1) according to the invention, (3/3) and (3/4) (see Table 2) and mixtures thereof with the known, Polyacrylamide based retention agent Percol 47 from CIBA used.
b) Messung der Retention:b) Measurement of retention:
Die Versuche wurden mit dem DFS 03 (Dynamic Filtration System) der Firma BRG/Mütec, Deutschland, durchgeführt. Es wurde nach der allgemeinen Betriebsbeschreibung von Mütec gearbeitet.The Experiments were carried out with the company's DFS 03 (Dynamic Filtration System) BRG / Mütec, Germany, carried out. It was worked according to the general description of operation of Mütec.
Hierbei
wurden folgende Rührgeschwindigkeiten
bzw. -zeiten entsprechend den allgemeinen Betriebsanleitung von
Mütec angewendet: Tabelle 5:
c) Resultatec) Results
Es
wurden folgende Resultate hinsichtlich der Retentionshilfsmitteleigenschaften
der erfindungsgemäßen Produkte
für Calciumcarbonat
im Vergleich mit den bekannten Bentonite erhalten: Tabelle 6
Aus den Tabellen 6 und 7 geht hervor, dass die Füllstoff-Retentionen ebenso wie die Gesamtretention (also Füllstoff- und Faserretention) mit den erfindungsgemäßen Ca-Bentonite (3/1) und (3/3) im gleichen Bereich liegen wie die der Vergleichsprobe (2). Das primäre Ziel, die Abrasion zu verhindern hat somit keinen negativen Einfluss auf die Retentionshilfsmitteleigenschaften der Bentonite.Tables 6 and 7 show that the filler retention as well as the overall retention (ie filler and fiber retention) with the Ca-bentonites (3/1) and (3/3) according to the invention in the same range as those of the comparative sample (2). The primary goal to prevent abrasion thus has no negative impact on the retention aid properties of bentonites.
Bei der Probe (3/4) wird zudem das maximal hohe Füllstoff-Retentions-Niveau bereits bei Zugabe von nur 0.1 Gew.-% erreicht. Mit der Vergleichsprobe (1) wird dieses Niveau erst bei 0.2 Gew.-% Zugabe erreicht.at The sample (3/4) is also the maximum high filler retention level already achieved with the addition of only 0.1 wt .-%. With the comparison sample (1) this level is reached only at 0.2 wt .-% addition.
Somit erfüllen die erfindungsgemäßen Bentonite nicht nur hervorragend die Primäraufgabe der Verminderung der Abrasivität, sondern weisen auch eine wenigstens gleichwertige, im Falle der aktivierten Bentonite sogar eine deutlich verbesserte Effizienz als Retentionshilfsmittel auf.Consequently fulfill the bentonites according to the invention not only outstanding the primary task the reduction of abrasiveness, but also have an at least equivalent, in the case of Activated bentonite even a significantly improved efficiency as a retention aid.
2.3. Versuche zum Adsorptionsverhalten des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit mit Restchemikalien verunreinigtem Marmor co-vermahlenen Bentonits2.3. Attempts to adsorption behavior of the method according to the invention with marble-contaminated marble co-ground bentonites
Um die Adsorptionseigenschaften des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bentonits bezüglich Restchemikalien z. B. in als Marmor vorliegenden Calciumcarbonat, der als Füllstoff oder Streichpigment in der Papierherstellung/-veredelung eingesetzt wird, zu überprüfen, wurde der Marmor zusammen mit Rohbentonit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vermahlen und anschließend der Gehalt an freien Restchemikalien bestimmt.Around the adsorption properties of the process according to the invention Bentonites manufactured Residual chemicals z. B. in present as marble calcium carbonate, as a filler or coating pigment used in papermaking / finishing will, check was the marble together with Rohbentonit the process of the invention ground and then the content of free residual chemicals determined.
a) Materialiena) materials
Für die Versuche zur Adsorption von Restchemikalien wurden folgende Proben eingesetzt:
- – je 5 kg eines Österreichischen, Spanischen und Norwegischen Marmors mit einem mittleren Teilchendurchmesser von je ca. 45 μm und mit einem Restchemikaliengehalt von 15–25 ppm an Di-coco-dimethylammonium-chlorid (vorwiegend C12-C14Alkyl)
- – je 2.5 g Probe (5) (Roh-Ca-Bentonit ex Türkei) als Ausgangsmaterial
- - 5 kg each of an Austrian, Spanish and Norwegian marble with a mean particle diameter of approximately 45 μm each and with a residual chemical content of 15-25 ppm of di-coco-dimethylammonium chloride (predominantly C 12 -C 14 alkyl)
- - 2.5 g sample (5) (crude Ca bentonite ex Turkey) as starting material
b) Vorgehenb) Procedure
Je 5 kg des Österreichischen, Spanischen und Norwegischen Marmors wurde unter Verwendung von je 2.5 g Probe (5) bei 75 Gew.-% Feststoffgehalt bezogen auf den Marmor- und Bentonitgehalt in Wasser angeschlämmt und mittels einer Schlauchquetschpumpe (Marke FindeR; Schlauch: Innendurchmesser 7 mm) mit einer Geschwindigkeit von 150–240 Liter/Std. durch eine Dynomill-Kugelmühle (Inhalt 1.4 Liter) gepumpt. Der Druck am Mühleneingang betrug 0.2–0.5 bar. Es wurde so lange im Kreislauf co-vermahlen, bis 80 Gew.-% der Teilchen einen sphärischen Äquivalentdurchmesser von kleiner 1 μm (75 Gew.-% kleiner 0.2 μm) aufwiesen. (die Korngrößenverteilung wurde mittels Sedigraph 5100 bestimmt). Als Mahlkörper wurden Zirkonsilikat-Perlen mit einem Durchmesser von ca. 0.7–1.5 mm verwendet.ever 5 kg of the Austrian, Spanish and Norwegian marble has been used by each 2.5 g sample (5) at 75 wt .-% solids content based on the marble and bentonite content slurried in water and by means of a peristaltic pump (brand FindeR; Inner diameter 7 mm) at a speed of 150-240 liters / hr. through a dynomill ball mill (Content 1.4 liters) pumped. The pressure at the mill entrance was 0.2-0.5 bar. It has been co-milled in the cycle, up to 80% by weight of the particles a spherical equivalent diameter of less than 1 μm (75% by weight smaller 0.2 μm) exhibited. (the particle size distribution was determined by Sedigraph 5100). As grinding media were Zirconsilicate beads with a diameter of approx. 0.7-1.5 mm used.
Nach 24 Std. wurde der Restgehalt an Di-coco-dimethylammoniumchlorid in den Proben im Vergleich zu einer Blindprobe bestimmt. Die Herstellung der Blindprobe geschah auf die gleiche Weise, jedoch ohne Zusatz von Bentonit.To 24 hours was the residual content of di-coco-dimethylammonium chloride determined in the samples compared to a blank. The production the blank was done in the same way, but without addition of bentonite.
Die
Bestimmung der quartären
Ammoniumverbindung erfolgte kolorimetrisch nach folgendem Verfahren:
Zunächst wurden
folgende Standardlösungen
hergestellt:
Standard-Puffer-Lösung (pH 5.6):
- – 100 ml wässerige Lösung mit 0.1 Gew.-% Bromphenolblau + 0.1 Gew.-% Bromkresolgrün in Ethanol
- – 420 ml 0.1 M wässerige Citronensäurelösung
- – 580 ml 0.2 M Dinatriumhydrogenphosphatlösung
First, the following standard solutions were produced:
Standard buffer solution (pH 5.6):
- - 100 ml of aqueous solution containing 0.1% by weight of bromophenol blue + 0.1% by weight of bromocresol green in ethanol
- - 420 ml of 0.1 M aqueous citric acid solution
- - 580 ml of 0.2 M disodium hydrogen phosphate solution
Standardlösung des DicocodimethylammoniumchloridStandard solution of dicocodimethylammonium chloride
Hierzu wurden 200.0 mg Dicocodimethylammoniumchlorid in einen 1000 ml Kunststoffkolben vorgelegt und mit destilliertem Wasser aufgefüllt.For this 200.0 mg of dicocodimethylammonium chloride were placed in a 1000 ml plastic flask submitted and filled up with distilled water.
Ca2+- Standardlösung:Ca 2+ - standard solution:
Es wurden 7.3 g CaCl2·2H2O (entsprechend 5.0 g CaCO3; siehe unten) in ca. 20 ml entmineralisiertem Wasser gelöst.There were 7.3 g of CaCl 2 · 2H 2 O (corresponding to 5.0 g CaCO 3; see below) in about 20 ml of demineralized water.
Zu dieser Lösung wurden 20.00 ml Pufferlösung und steigende Mengen an Standardlösung des Dicocodimethylammoniumchlorid zugegeben und die jeweilige Extinktion zur Erstellung einer Vergleichsmesskurve gemessen (VIS-Spektralphotometer: Lambda 1 (Fa. Perkin-Elmer); Wellenlänge: 425 nm; Küvettendicke (d): 1 cm)To this solution were 20.00 ml of buffer solution and increasing amounts of standard solution of dicocodimethylammonium chloride added and measured the respective extinction to create a comparative measurement curve (VIS spectrophotometer: Lambda 1 (from Perkin-Elmer), wavelength: 425 nm, cuvette thickness (d): 1 cm)
Die Probelösungen wurden folgendermaßen hergestellt:The sample solutions were prepared as follows:
5.0 g CaCO3 oder eine dieser Menge entsprechende Einwaage Slurry wurde mit 10% Überschuss 25% Salzsaure gelöst. Dieser Lösung wurden 20.00 ml der Pufferlösung zupipetiert. Der pH-Wert wurde unter Rühren mit 2 N NaOH eingestellt, wobei das Endvolumen ca. 70 ml betragen sollte.5.0 g of CaCO 3 or a quantity of slurry corresponding to this amount was dissolved with 10% excess 25% hydrochloric acid. To this solution was added 20.00 ml of the buffer solution. The pH was adjusted with stirring with 2 N NaOH, the final volume should be about 70 ml.
Die Probe wird mit ca. 10 ml Wasser in den PTFE-Schütteltrichter transferiert. Dann werden 20.0 ml Methylenchlorid zugegeben und extrahiert. Sobald sich nur noch ein geringer Überdruck entwickelt, wird das Gemisch zwei Minuten intensiv geschüttelt.The Sample is transferred to the PTFE hopper with approx. 10 ml of water. Then 20.0 ml of methylene chloride are added and extracted. As soon as only a slight overpressure developed, the mixture is shaken intensively for two minutes.
Die Messprobe wird in ein Zentrifugenglas abgelassen und bei 4000–4500 U/min. 15 min. zentrifugiert. Danach saugt man mit einer 20 ml Spritze, mit langer Nadel, die untere, gelbe Phase auf. Es ist darauf zu achten, dass keine Verunreinigungen der oberen Phase mitgeschleppt werden.The Sample is discharged into a centrifuge tube and at 4000-4500 rpm. 15 minutes. centrifuged. Then you suck with a 20 ml syringe, with long needle, the lower, yellow phase on. It is too Make sure that no impurities of the upper phase are dragged along become.
Auf dem Photometer wird bei 425 nm mit Methylenchlorid das Autozero durchgeführt. Danach dosiert man die Methylenchloridlösung in die Küvette und misst die Extinktion. Vor dem Ablesen muss das Signal konstant bleiben; oft erfolgt anfangs eine schwache Trübung (zu hohe Extinktion), welche nach wenigen Minuten verschwindet.On the photometer is at 425 nm with methylene chloride autozero carried out. Thereafter, the methylene chloride solution is metered into the cuvette and measures the extinction. Before reading, the signal must remain constant; often a slight haze (too high absorbance) occurs at first which disappears after a few minutes.
Berechnung des Dicocodimethylammoniumchlorid-Gehalts:Calculation of dicoco dimethyl ammonium chloride content:
Aus
den Standardlösungen
wird mittels linearer Regression die Eichkurve berechnet: (Extinktion
E; Steigung a; Achsenabschnitt b)
c) Resultatec) Results
Die
Ergebnisse der Adsorptionsversuche werden in Tabelle 8 wiedergegeben. Tabelle 8:
Die Resultate zeigen deutlich, dass eine starke Reduzierung der Restchemikalien um 25–55 Gew.% erreicht werden kann. Roh-Ca-Bentonit, in erfindungsgemäßer Weise co-vermahlen mit Calciumcarbonat, hat sehr gute Adsorptionseigenschaften gegenüber quaternisierten Fettaminen.The Results clearly show that a strong reduction of residual chemicals at 25-55 % By weight. Raw Ca bentonite, in accordance with the invention co-ground with calcium carbonate, has very good adsorption properties across from quaternized fatty amines.
2.4. Versuche zur Harzbekämpfung mit dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bentonit2.4. Trials with resin the method according to the invention prepared bentonite
2.4.1 Materialien2.4.1 Materials
VergleichsbeispielComparative example
- – Probe (2)- Sample (2)
- – Finntalc P05, MONDO Minerals- Finntalc P05, MONDO Minerals
- – Finntalc P60, MONDO Minerals,- Finntalc P60, MONDO Minerals,
Erfindungsgemäße BeispieleExamples according to the invention
- – Probe (3/3)- Sample (3/3)
- – Probe (3/6): Probe (3/6) wurde durch Co-vermahlen von 50 Gew.-% Finntalc P60 mit 50 Gew.-% Probe (3) jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht von Finntalc P60 und Probe (3) analog der Herstellung der Probe (3/3) erhalten (Mahldauer: 180 min)- Sample (3/6): Sample (3/6) was prepared by co-milling 50% by weight of Finntalc P60 with 50 wt .-% sample (3) each based on the total weight from Finntalc P60 and sample (3) analogously to the preparation of the sample (3/3) obtained (milling time: 180 min)
2.4.2 qualitative Bestimmung2.4.2 qualitative determination
a) Vorgehena) Procedure
Es wurden 2 kg thermomechanische Pulpe (TMP) mit einem Feststoffgehalt von 3.7 Gew.-% über einen 2 μm Filter filtriert und 2 Liter Filtrat gewonnen. Es wurden je 200 g dieses Filtrats auf 8 Glasflaschen verteilt und mit jeweils 20 g einer 10 Gew.-% Aufschlämmung der oben genannten Materialien versetzt.It were 2 kg of thermomechanical pulp (TMP) with a solids content of 3.7% by weight over a 2 μm Filter filtered and 2 liters of filtrate. There were 200 each g of this filtrate distributed on 8 glass bottles and each with 20 g of a 10% by weight slurry offset the above materials.
Dann werden die Flaschen verschlossen und 2 Stunden gerührt und anschließend wird die Suspension für 30 min. zentrifugiert (C312 IG von Juoan, Winchester, USA; bei 3500 Umin). Die obere und untere Phase werden voneinander getrennt. Die obere flüssige Phase wurde folgendermaßen analysiert:
- – 45 ml zur Messung der Trübung
- – 2 ml zur Bestimmung des Gesamtgehalts an organischen Bestandteilen – Chemischer Sauerstoffbedarf (chemical Oxygen demand; COD)
- - 45 ml to measure turbidity
- - 2 ml for the determination of the total content of organic matter - Chemical Oxygen demand (COD)
b) Analysenb) Analyzes
Trübung:turbidity:
Alle
untersuchten Mineralien und Mineralienmischungen waren dazu in der
Lage, die Trübung
des TMP-Filtrats zu verringern (
Die filtrierte TMP zeigte eine Trübung von 412 NTU.The Filtered TMP showed turbidity from 412 NTU.
Die Talkbehandlung reduzierte die Trübung auf 187 NTU.The Talc treatment reduced turbidity on 187 NTU.
Die Probe (2) (Stand der Technik) reduzierte die kolloidalen Partikel auf 18 NTU, d. h. auf < 10% des Ursprungswerts von 412 NTU.The Sample (2) (prior art) reduced the colloidal particles to 18 NTU, d. H. to <10% the original value of 412 NTU.
Die erfindungsgemäße Probe (3/3) reduzierte die kolloidalen Partikel vergleichbar ebenfalls auf < 10% des ursprünglichen Werts (28 NTU).The sample according to the invention (3/3) similarly reduced the colloidal particles to <10% of the original Value (28 NTU).
Die erfindungsgemäße Probe (3/6) zeigte dieselbe gute Adsorptionswirkung wie die Proben (2) und (3/3), nämlich ebenfalls eine Reduzierung auf < 10% des Ursprungswerts von 412 NTU (38 NTU). Da durch die Co-Vermahlung sowohl der Talk wie auch der Bentonit zerkleinert werden, wurde als Ausgangsmaterial für die Co-Vermahlung der grobe Roh-Ca-Bentonit (Probe (3)) und der grobe Talk verwendet.The sample according to the invention (3/6) showed the same good adsorption effect as the samples (2) and (3/3), viz also a reduction to <10% the original value of 412 NTU (38 NTU). Because of the co-grinding Both the talc and the bentonite were comminuted as starting material for the Co-grinding of coarse crude Ca bentonite (Sample (3)) and the coarse talc.
Die Resultate zeigen eindeutig, dass das primäre Ziel der Erfindung, die Reduzierung der Abrasion von Bentoniten keinen negativen Einfluss auf die Eliminierung von kolloidalem Harz hat.The Results clearly show that the primary object of the invention, the Reduction of the abrasion of bentonites has no negative influence on the elimination of colloidal resin.
Auch die Anwesenheit von Talk bei der Vermahlung des Bentonits ergibt keine negative Beeinflussung in der Anwendung im Bereich kolloidaler Harzreduktion.Also the presence of talc in the milling of the bentonite results no adverse effect on colloidal application Pitch reduction.
Eine Co-Vermahlung von Bentonit und Talk ist deshalb von Vorteil, da Talk eine positive Wirkung auf klebrige, hydrophobe Ablagerungen (im Fachbereich white pitch genannt) hat und damit hilft solche Störstoffe, wenn vorhanden, zu eliminieren und zudem aufgrund seiner schmierenden Eigenschaften zu weniger Abrissen beim Aufrollen des Papiers und weniger Abrieb auf der Papiermaschine führt. Weiterhin hängt das Adsorptionspotential von der spezifischen Oberflache des Talks ab und es ist deshalb vorteilhaft, die Oberfläche des Talks zu der des Bentonits im gleichen Mahlgang zu erhöhen.A Co-grinding of bentonite and talc is therefore advantageous since Talk a positive effect on sticky, hydrophobic deposits (in the field of white pitch called) has and thus helps such Impurities, if present, eliminate and also due to its lubricating Features for less tearing when rolling up the paper and less abrasion on the paper machine leads. Furthermore, that depends Adsorption potential of the specific surface of the talc from and it is therefore advantageous to change the surface of the talc to that of the bentonite to increase in the same grinding process.
Diese Kombination aus Bentonit und Talk stellt ein hoch potentes Adsorptionsmittel, das nicht nur eine geringere Abrasion als sonst übliche Adsorptionsmittel aufweist, sondern auch ansonsten positive Eigenschaften bei der Herstellung und Veredelung von Papier zeigt.This combination of bentonite and talc provides a highly potent adsorbent that is not just one has lower abrasion than conventional adsorbents, but also shows otherwise positive properties in the production and processing of paper.
COD:COD:
Das
ursprüngliche
unbehandelte TMP-Filtrat hat einen COD von 4291 mg O2 pro
Liter. Finntalc P05 reduzierte den COD auf 3616 mg O2 pro
Liter. Alle untersuchten Bentonit- Formen ebenso wie die Bentonit/Talk-Mischung
zeigten ein ähnliches
Reduktionspotential und reduzierten den COD-Wert auf ca. 2700 ± 100 mg
O2 pro Liter (
2.4.3 Quantitative Bestimmung2.4.3 Quantitative determination
Die folgenden Versuche wurden zur Ermittlung der minimalen wirksamen Konzentration der erfindungsgemäßen Bentonite durchgeführt.The following attempts were made to determine the minimum effective Concentration of the bentonites according to the invention carried out.
a) Vorgehena) Procedure
Es wurden 2 kg eines thermomechanische Pulpe (TMP) mit einem Feststoffgehalt von 3.5 Gew.-% über einen 2 μm Filter filtriert und 2 Liter Filtrat gewonnen. Danach wurden je 200 g dieses Filtrats auf 8 Glasflaschen verteilt und mit jeweils unterschiedlichen Mengen einer 10 Gew.-% Aufschlämmung der Probe (3/3) versetzt.It were 2 kg of a thermomechanical pulp (TMP) with a solids content of 3.5% by weight over a 2 μm Filter filtered and 2 liters of filtrate. After that were ever Distribute 200 g of this filtrate on 8 glass bottles and with each varying amounts of a 10% by weight slurry of the sample (3/3).
Dann werden die Flaschen verschlossen und 2 Stunden gerührt und anschließend wird die Suspension für 30 min. zentrifugiert (C312 IG von Juoan, Winchester, USA; bei 3500 U/min). Die obere und untere Phase werden voneinander getrennt.Then the bottles are closed and stirred for 2 hours and subsequently is the suspension for 30 min. centrifuged (C312 IG from Juoan, Winchester, USA; at 3500 U / min). The upper and lower phases are separated.
Die obere flüssige Phase wurde analysiert, indem 100 ml für die Quantifizierung der Gesamtmenge an Material in 100 ml Filtrat entnommen wurden.The upper liquid Phase was analyzed by adding 100 ml for the quantification of the total were removed from material in 100 ml of filtrate.
Um die minimale wirksame Konzentration an Bentonitmineral pro Trockenmasse zu bestimmen, wurde die Filtratflüssigkeit zur Gewinnung von trockenen Fasern in einen vorgewogenen Aluminiumbehälter (125 ml; Durchmesser 96 mm, Höhe 24 mm) gegeben, in einem Ofen getrocknet (95°C; 24 Std.) und der Rückstand gewogen.Around the minimum effective concentration of bentonite mineral per dry mass to determine the filtrate liquid for recovery of dry fibers into a pre-weighed aluminum container (125 ml; Diameter 96 mm, height 24 mm), dried in an oven (95 ° C., 24 hours) and the residue weighed.
b) Analysenb) Analyzes
Trübungcloudiness
In
den
Der optimale Bereich für die Papierindustrie liegt auf Grund dieser Resultate zwischen 0.5 und 2 Gew.% bezogen auf trockenen Faserstoff.Of the optimal area for The paper industry lies between 0.5 and 2% by weight, based on dry pulp.
CODCOD
Der Trend wird auch durch die COD Messungen unterstützt wobei dort 1–5 Gew.% bezogen auf trockenen Faserstoff bevorzugt ist.Of the Trend is also supported by the COD measurements where there 1-5 wt.% based on dry fiber is preferred.
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