DE1571514C3 - Verfahren zur Herstellung eines Kaolins hoher Weisse aus einem geschlämmten verfärbten Kaolin - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kaolins hoher Weiße aus einem geschlämmten verfärbten Kaolin.

Beträchtliche Ablagerungen von Kaolin werden an vielen Orten in aller Welt gefunden, wobei der in diesen Ablagerungen enthaltene Kaolin in seiner Qualität wie der Teilchengrößenverteilung und der Farbe schwankt. Es ist übliche Praxis, den bergbaulich gewonnenen Kaolin, nachdem er eine zweckentsprechende Behandlung zur Bildung eines dünnen Schlammes aus reinem dispergierten Kaolin erfahren hat, zu klassieren, weil gefunden wurde, daß die brauchbarste und wertvollste Fraktion diejenige ist, die aus Feinteilchen mit einer Größe unter 2 μιη (äquivalenter Kugeldurchmesser) besteht. Obwohl bekannt ist, daß Kaolinteilchen dieser Größe die Form von flachen Plättchen haben, die, sofern sie nicht beschädigt sind, hexagonale Kontur besitzen, besteht die allgemein angewendete Methode zum Bestimmen der Teilchengröße darin, die Sinkgeschwindigkeit der Teilchen in Wasser zu messen und die Größe der Teilchen gemäß einer von Stockes gefundenen Formel dem Durchmesser von Kugeln desselben Materials gleichzusetzen, die mit der gleichen Geschwindigkeit sinken. Da die kleineren Kugeln langsamer als die größeren Kugeln sinken und da flache bzw. ebene Teilchen langsamer als Kugeln von gleichem Durchmesser sinken, ist die tatsächliche Breite der Plättchen größer als der äquivalente Kugeldurchmesser.

Da die größere Teilchen enthaltenden Fraktionen von klassiertem Kaolin in der Papierindustrie von vergleichsweise geringem Nutzen sind, sammelten sie sich in den meisten Fällen als Abfallmaterial an. Es sind viele Anstrengungen gemacht worden, um dieses Material in Feinteilchen durch Zerkleinern der größeren Teilchen umzuwandeln, die meistens in der Form von zu Stapeln geschichteten Plättchen vorliegen, welche an ihren Stirnflächen fest aneinanderhaften, so daß sehr hohe Kräfte erforderlich sind, um die Plättchen voneinander zu trennen. Die Teilchen sind zu klein, um sie in ihrer Größe durch Schleifen in einer Kugelmühle

od. dgl. reduzieren zu können.

Das heftige Rühren eines Kaolinschlammes in der Weise, daß ein Strahl des Schlammes gegen die Zähne eines sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Zahnrades gerichtet wird (wie dies z. B. in der GB-PS 8 76 668 und der US-PS 30 58 671 aufgezeigt ist), führt dazu, daß die meisten Plättchenstapel zerbrochen und dadurch die Viskosität des Schlammes erhöht wird.

Das Rühren eines Kaolinschlammes mit reibenden

ίο Partikeln, wie Sand oder Polyamidperlen (GB-PS 8 92 746 und US-PS 31 71 718) ergibt ein Erzeugnis, das viele Teilchen enthält, deren sie bildenden Kaolinitschichten eine umfängliche Abblätterung aufweisen, was zu einem Produkt von erhöhter Viskosität führt.

Ein weiteres Verfahren (US-PS 25 35 647) zum Zerkleinern von Kaolin durch Kneten eines konzentrierten Schlammes des Rohkaolins verursacht ein Zerbrechen der Kaolinitkristallplättchen und vermindert dadurch die Viskosität des Schlammes (vgl. Paper Trade Journal, 1951, Seiten 28 bis 32, N. Millman-Viscosity Control of Concentrated Clay Suspensions). Der Verfasser beschreibt dies mit folgenden Worten: »Die strukturelle Anordnung von Teilchengröße und Teil- *\ chengestalt ist eine solche, welche die geringste Behinderung der Rotation der Teilchen in einem relativ kleinen Flüssigkeitsvolumen hervorruft.«

Jede Behandlung, die zu einer Erhöhung der Viskosität des Schlammes führt, ist zu beanstanden, weil sie den Kaolin für den Gebrauch zum Überziehen von Papier weniger erwünscht macht. Außerdem kann mit dem beschriebenen Verfahren die Weiße des Kaolins praktisch nicht verbessert werden, was besonders nachteilig ist, wenn es sich um sogenannten sekundären Kaolin handelt, d. h. um aus der ursprünglichen Lagerungsstätte weggespülten Kaolin, der Metallverfärbungen und andere Verfärbungen aufweist.

Es ist auch bekannt (US-PS 29 04 267) Feinteilchen einer Partikelgröße von kleiner als 2 μιη (äquivalenter Kugeldurchmesser) durch einen mechanischen Ent-Schichtungsvorgang zu erhalten, d. h. durch eine Spaltung schichtförmiger Kaolinpartikeln entlang der natürlichen Schichtlinien. Der durch diesen Entschichtungsvorgang erhaltene Schlamm hat gewöhnlich eine geringere Viskosität als der Ausgangsschlamm. *

Obwohl Kaolinfeinteilchen in verschiedenen Indu- ' strien verwendet werden, finden sie jedoch die bei weitem umfangreichste Anwendung zum Überziehen von Papieren, für die ein glatter Oberflächenüberzug erforderlich oder erwünscht ist. Für das Überziehen von Papier ist eine hohe Weiße höchst erwünscht.

Die meisten englischen Kaoline sind zwar hinsichtlich ihrer Weiße den an irgendwelchen anderen Orten gefundenen natürlichen Kaolinen überlegen, jedoch ist ihr Prozentgehalt an Feinteilchen gering, so daß große Mengen Kaolin bergbaulich gewonnen werden müssen, um eine relativ kleine Menge Kaolin zu erzeugen, der zum Überziehen von Papier geeignet ist, während der Rest des gewonnenen Kaolins als Abfall weggeworfen wird.

Kaoline, die im südöstlichen Teil der Vereinigten Staaten, einschließlich des Staates Georgia bergbaulich gewonnen werden, haben viel höhere Prozentgehalte an Feinteilchen als die englischen Kaoline, jedoch ist ihre Farbe nicht so gut, und die Teilchen sind oberflächlich

f>5 durch Eisen- und Titanverbindungen verfärbt, die nur teilweise und nicht vollständig durch chemisches Bleichen entfernt werden können. Die in Kontinentaleuropa gefundenen Kaoline haben im allgemeinen

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niedrige Prozentgehalte an Feinteilchen und sind von schlechter Farbe.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem aus einem geschlämmten verfärbten Kaolin ein Kaolin hoher Weiße erhalten werden kann. Zur Lösung geht die Erfindung aus von einem Verfahren, bei welchem ein Kaolin einem mechanischen Entschichtungsvorgang unterworfen wird, um Teilchen kleiner 2 μπι (äquivalenter Kugeldurchmesser) zu erhalten. Gemäß der Erfindung ist ein _]0 solches Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein Kaolin, der durch Entfernen von Feinteilchen unter 2 μπι nicht mehr als 20% Teilchen kleiner als 2 μπι (äquivalenter Kugeldurchmesser), bezogen auf Trokkensubstanz, enthält, entschichtet wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kaolin zur Entschichtung auf eine Feuchtigkeit zwischen 15 und 23% eingestellt und durch Löcher mit einem Durchmesser nicht größer als 10,5 mm mit einem Druck hindurchgepreßt wird, der nicht kleiner als 24,6 kg/cm² ist.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird erreicht, daß die freigelegten großen Stirnflächen der plättchenartigen Kaolinteilchen von einem reinen Weiß sind. Die noch verfärbten schmalen Kanten der plättchenartigen Teile haben keinen bedeutsamen Einfluß auf die Gesamtfarbe des Kaolins. Dies kann mit einem Weißbrotlaib verglichen werden, der eine braune Rinde hat Wenn der Laib in Scheiben geschnitten wird und die Scheiben ausgebreitet werden, dann ist der Gesamtfarbeindruck der Eindruck hohen Weißegrades. Der Weißegrad kann durch chemisches Bleichen weiter erhöht werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

F i g. 1 ist ein Fließschema, welches die zur Durchführung der Erfindung angewendeten Behandlungsstufen wiedergibt;

Fig.2 ist eine graphische Darstellung der mittels eines Spektrophotometers aufgezeichneten prozentualen Reflexionsgrades von Lichtwellen mit Wellenlängen im Bereich von 380 bis 700 πιμ, die von einer ungebleichten und einer gebleichten Probe von bergbaulich in Deutschland gewonnenem, klassierten natürlichen Ton mit 80% Feinteilchen reflektiert sind;

F i g. 3 ist eine entsprechende spektrophotometrische Aufzeichnung des Reflexionsgrades einer ungebleichten und einer gebleichten Probe von entschichtetem Kaolin, das vor der Entschichtung 20% Feinteilchen enthielt;

F i g. 4 ist eine entsprechende spektrophotometrische Aufzeichnung des Reflexionsgrades einer ungebleichten und einer gebleichten Probe von entschichtetem Kaolin, das vor der Entschichtung 5% Feinteilchen enthielt.

Um einen Kaolin hoher Weiße aus geschlämmten verfärbten Kaolin zu erhalten, wird gewaschener Kaolin klassiert, wobei die Feinteilchen kleiner 2 μπι (äquivalenter Kugeldurchmesser) zu anderen Verwendungszwecken abgezogen werden, während die grobe Fraktion zurückbehalten wird. Während es vorteilhaft ist, soviel der Fraktion an verfärbten Feinteilchen zu entfernen, wie es praktisch möglich ist, ist gefunden worden, daß ein Rückstand bis zu etwa 20%, bezogen auf Trockensubstanz, zugelassen werden kann, ohne daß dadurch das Enderzeugnis ernsthaft beeinflußt wird. Diese Toleranz von 20% ist eine kritische Grenze, da gefunden wurde, daß jeder merklich über diesem Wert liegende Prozentsatz an verfärbten Feinteilchen die Farbe des endgültigen Erzeugnisses nachteilig beeinflußt und zu einem Produkt führen kann, das zum Überziehen von Papier unannehmbar ist.

Der die grobe Fraktion, die aus wenigstens 80% Teilchen größer 2 μπι (äquivalenter Kugeldurchmesser) besteht, enthaltende Schlamm wird auf einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen 15 und 23% — je nach der Art des Kaolins — eingestellt, um ihm eine sehr steife Konsistenz zu geben. Dieser Schlamm wird dann einmal oder mehrmals durch eine Lochmatrize hindurchgepreßt, deren Löcher einen Durchmesser zwischen 1,5 und 10,5 mm haben, wobei ein Druck angewendet wird, der nicht kleiner als 24,6 kg/cm² ist. Durch das Aneinanderreiben der Teilchen unter dem genannten Druck werden viele der stapeiförmig geschichteten Teilchen der groben Fraktion entschichtet, d. h. in plättchenartige Teilchen verschiedener Größen unterteilt, die entweder einzelne Plättchen oder Mosaike aus mehreren Plättchen bilden, wobei der Durchmesser der Plättchen größer als ihre Dicke ist.

Das Ergebnis der mechanischen Entschichtung besteht darin, daß die freigelegten großen Stirnflächen der plättchenartigen Teile von einem reinen Weiß sind. Die verfärbten schmalen Kanten der Plättchen haben keinen bedeutsamen Einfluß auf die Gesamtfarbe des Schlammes. Der Weißegrad kann durch chemisches Bleichen weiter erhöht werden.

Nachdem der Schlamm dem Entschichtungsvorgang unterworfen worden ist, wird ihm Wasser und ein Entflockungsmittel zugesetzt, um einen Schlamm zum Klassieren des Kaolins zu bilden. Die die entschichteten Teilchen enthaltende Menge des Schlammes kann dann in Fraktionen verschiedener Teilchengrößen unterteilt bzw. klassiert werden, was von den besonderen Anwendungszwecken, für die sie bestimmt sind, abhängt. Beispielsweise ist es für die Zwecke des Überziehens von Papier gewöhnlich erwünscht, eine Fraktion zu gewinnen, die 80% oder mehr Teilchen mit einer Größe unter 2 μπι (äquivalenter Kugeldurchmesser) enthält, um Überzüge zu erhalten, die sich durch hohen Glanz, Undurchsichtigkeit, große Helligkeit, hohen Weißegrad und hohen Widerstand gegen das Eindringen von Farbe auszeichnen.

Für andere Zwecke, z. B. als Pigment für Anstrichfarben, ergibt eine Fraktion mit Teilchengrößen in dem Bereich von 2 bis 10 μπι (äquivalenter Kugeldurchmesser) eine gute Deckkraft, ohne einen Glanz zu entwickeln, der in Anstrichfarben unerwünscht ist.

In den F i g. 2 bis 4 ist die Helligkeit durch den Reflexionsgrad für die Wellenlänge 457 πιμ wiedergegeben. Der Weiße-Index ist die Differenz zwischen den Reflexionsgraden für die Wellenlängen 700 und 400 πιμ. Reinweißes Material würde eine gerade waagerechte Linie ergeben, und sein Weiße-Index würde den Wert Null haben. Der Weiße-Index ist daher eine umgekehrte Funktion, d. h. ein weißeres Material hat einen kleineren Weiße-Index.

Wie bereits oben erwähnt, ist es erwünscht, aus dem Kaolin, der unter Druck ausgestoßen werden soll, so viel wie möglich der Feinteilchenfraktion (Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser unter 2 μπι) zu entfernen. Da ein vollständiges Entfernen der Feinteilchen wegen der entstehenden Kosten wirtschaftlich nicht durchführbar ist, wurde gefunden, daß eine Toleranz bis zu etwa 20% Feinteilchen zulässig ist.

Die nachstehende Tabelle zeigt die Ergebnisse von Prüfungen, die an einem typischen deutschen Kaolin durchgeführt wurden.

Gehalt	Nach dem Ausstoßen	Index	Gebleicht	22,4	79,6	Weiße-
des Kaolins an	ι erneut klassiert	13,6				Index
Feinteilchen	80% Feinteilchen kleiner 2 μπ\	15,6	Helligkeit		10,2
vor dem		15,0			10,4
Ausstoßen		16,0	84,4		10,2
	Ungebleicht	16,5	84,3		10,4
			83,4	11,0
5%		81,3
15%	Helligkeit Weiße-	80,5	15,1
20%		natürliche Feinteilchen
35%	82,1	75,4
45%	81,6
	81,2
80%	78,8
Feinteilchen	78,1

Die aus spektrophotometrischen Messungen erhaltenen Werte für die Helligkeit und die Weiße können leichte Abweichungen aufweisen, die durch geringfügige Änderungen der Teilchenorientierungskonfigurationen der der Prüfung unterworfenen Kaolinproben verursacht werden, jedoch sind diese Abweichungen klein und mit dem bloßen Auge nicht feststellbar.

Die vorstehende Tabelle zeigt:

1. Je vollständiger die verfärbten Feinteilchen kleiner 2 μπι vor dem Entschichten der groben Fraktion entfernt werden, um so weißer ist das Produkt.

2. Falls 20% Feinteilchen vorhanden sind, wenn die Entschichtung stattfindet, ist schon das ungebleichte Produkt weißer als die gebleichten natürlichen Feinteilchen.

3. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es, für das Überziehen von Papier geeigneten Kaolin hoher Güte aus den großen Teilchen deutschen Kaolins herzustellen, welches eine derart schlechte Farbe hat, daß die Feinteilchen-Fraktion, selbst wenn sie chemisch gebleicht wird, nicht einmal den Anforderungen für einen Überzugskaolin geringer Güte genügen würde.

Es sei bemerkt, daß eine Differenz von nur fünf Punkten in den Werten für die Weiße bzw. die Helligkeit den Unterschied zwischen einem annehmbaren Produkt und einem unverkäuflichen Produkt wiedergeben kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Kaolins hoher Weiße aus einem geschlämmten verfärbten Kaolin, wobei ein Kaolin einem mechanischen Entschichtungsvorgang unterworfen wird, um Teilchen kleiner 2 μιη (äquivalenter Kugeldurchmesser) zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kaolin, der durch Entfernen von Feinteilchen unter 2 μπι nicht mehr als 20% Teilchen kleiner als 2 μιη (äquivalenter Kugeldurchmesser), bezogen auf Trokkensubstanz, enthält, entschichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaolin zur EntSchichtung auf eine Feuchtigkeit zwischen 15 und 23% eingestellt und durch Löcher mit einem Durchmesser nicht größer als 10,5 mm mit einem Druck hindurchgepreßt wird, der nicht kleiner als 24,6 kg/cm² ist.