DE1696673C3

DE1696673C3 - Verfahren zum Entfernen von Montmorillonit aus kaolinitischen Tonen

Info

Publication number: DE1696673C3
Application number: DE1696673A
Authority: DE
Inventors: Ronald Eric Dimarian Carlyon Bay St. Austell Cornwall Brociner (Grossbritannien)
Original assignee: English Clays Lovering Pochin & Co Ltd St Austell Cornwall (grossbritannien)
Current assignee: English Clays Lovering Pochin & Co Ltd St Austell Cornwall (grossbritannien)
Priority date: 1967-02-28
Filing date: 1968-02-28
Publication date: 1978-03-09
Also published as: FR1560682A; US3464634A; DE1696673A1; DE1696673B2; GB1221929A

Description

Natürlich vorkommender Kaolinit enthält praktisch immer Beimengungen von Montinorillonil als Verunreinigung, dessen Konzentration bei einigen Lagerstätten bis zu 10 Gewichtsprozent betragen kann. Infolge der kleinen Teilchengröße (weniger als 0,2 um äquivalenter Kugeldurchmesser) und der großen Oberfläche der Montmorillonitteilchen tritt ein starkes Zusammenbakken der Teilchen untereinander und mit den Tonteilchen auf. Kaolinitische Tone, die zum Paoierstreichen verwendet werden, zeigen schon bei Gegenwart eines kleinen Prozentgehaltes an Montmorillonitverunreinigungen eine Neigung, Streichmassen mit unerwünscht hoher Viskosität zu bilden. Daher muß der Montmorillonitanteil möglichst vollständig aus den kaolinitischen Tonen entfernt werden.

Man kann zwar feinkörnige Verunreinigungen aus einem Ton durch eine konventionelle Klassiertechnik, nämlich durch Abzentrifugieren einer feinkörnigen Fraktion aus einer chemisch entflockten Tonsuspension entfernen. Zentrifugiert man jedoch einen Montmorillonit enthaltenden kaolinitischen Ton, so enthält diese feinkörnige Fraktion nur etwa 20% Montmorillonit, während die Hauptmenge des Tons immer noch eine beträchtliche Menge Montmorillonit aufweist.

Dieser Mißerfolg beruht auf der Tatsache, daß Montmorillonit-Verunreinigungen dem Tonmineral chemisch und physikalisch sehr ähnlich sind, so daß die Fraktionierwirkung des 7entrifugierens nicht für eine Trennung ausreicht. f*>

Überraschenderweise wurde jetzt gefunden, daß dieses wichtige technische Problem durch die Kombination von 2 Maßnahmen gelöst werden kann, nämlich durch eine sehr starke Schereinwirkung mit anschließender Einstellung eines bestimmten Verdünnungsgra- f>5 des.

Es ist bereits bekannt, relativ grobkörnigen Ton zwecks Verringerung der Teilchengröße und Beeinflussung der Teilchengrößenverteilung in Form einer Suspension unter Drücken von z. B. 350 und 700 kg/cm' durch eine öffnung hindurchzupumpen. Die dabei auftretenden Scherkräfte von maximal 20,8 PS-Stunde pro Tonne Ton sind aber nicht ausreichend, um Montmorillonit-Verunreinigungen aus kaolinitischen Tonen abzutrennen.

Man hat weiterhin empfohlen, die Viskosiiät von Tonsuspensionen zwecks Erhöhung des Feststoffgehalts für Versand und Lagerung dadurch herabzusetzen, daß man sie einer Intensiv-Rührbehandlung unterwirft. Das Problem der Montmorillonit-Verunreinigungen wird aber dabei nicht angesprochen. In gleicher Richtung geht die Anweisung, gröbere Sorten von amerikanischen Tonen mit feilchengrößen über 5 μπι durch eine Mahlbehandlung den britischen Tontypen anzupassen. Das Mahlprodukt wird klassiert und das abgetrennte Grobgut wird zwecks weiterer Zerkleinerung in die Mahlstufe zurückgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen von Montmorillonit aus einer entflockten, wäßrigen Suspension eines Montmorillonit als Verunreinigung enthaltenden kaolinilischen Tones durch Zentrifugieren ist dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Suspension bei einem Feststoffgehalt von 40 bis 80 Gewichtsprozent Scherkräfte entsprechend einer Arbeit von mindestens 60 PS-Stunden/Tonne Ton einwirken läßt und von dnr anschließend auf einen Feststoffgehalt von 10 bis 20 Gewichtsprozent verdünnten Suspension eine montmorillonitreiche Fraktion durch Zentrifugieren abtrennt.

Der Feststoffgehalt, bei dem die entflockte wäßrige Suspension eines kaolinitischen Tones den Scherkräften ausgesetzt wird, hängt u. a. vom jeweiligen Montmorillonitgehalt des verwendeten kaolinitischen Tones ab. je größer der Montmorillonitgehalt des kaolinitischen Tones ist, umso niedriger muß der Feststoffgehalt sein, bei dem man die Scherkräfte einwirken läßt. Zum Beispiel hat man im Falle eines etwa 10 Gewichtsprozent Montmorillonit enthaltenden kaolinitischen Tones festgestellt, daß eine Abscheidung bei einem Fcststoffgehalt höher als 70 Gewichtsprozent und niedriger als 40 Gewichtsprozent praktisch unmöglich ist. Im Falle eines etwa 4 Gewichtsprozent Montmorillonit enthaltenden kaolinitischen Tones wurde festgestellt, daß das Arbeiten bei einem Feststoffgehalt höher als 80 Gewichtsprozent und niedriger als 55 Gewichtsprozent praktisch unmöglich ist.

Für eine praktisch vollständige Abscheidung des Montmorillonits muß an der wäßrigen Tonsuspension im allgemeinen eine Arbeit in der Größenordnung vor, 100 PS-Stunden/Tonne Ton geleistet werden. Wird die am Ton geleistete Arbeit verringert, so wird weniger Montmorillonit abgeschieden.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einen Mischer 1 wird eine entflockte wäßrige Suspension eines kaolinitischen Tones A, der beispielsweise Kaolin oder Bindeton sein kann, mit einem Feststoffgehalt von 40 bis 80 Gewichtsprozent gegeben, wo man auf die Suspension sehr intensive Scherkräfte einwirken läßt. Der Mischer 1 hat ein Flügelrad 2 von der Art einer Stangenturbine, das von einem Elektromotor 3 über einen Riemen 4 angetrieben wird. Nachdem die erforderliche Arbeit an der Tonsuspension geleistet worden ist, wird ein Ventil 5 geöffnet und die dispergierte Suspension durch ein Rohr 11 in einen Behälter 6 geleitet, der mit einem Rührer 10 versehen

ist Es wird soviel Wasser ßzur Suspension im Behälter

6 hinzugefügt, daß der Feststoffgehalt der Suspension auf einen Wert im Bereich von 10 bis 20 Gew.-% gebracht wird. Die verdünnte Suspension wird dann durch eine Leitung 12 in eine Zentrifuge 7 eingespeist, die eine feinkörnige montmorillonitreiche Fraktion von den größeren Kaolinitteilchen abtrernt. Die Zentrifuge

7 ist eine kontinuierliche Zentrifuge mit stumpfkegeligen Scheiben 8, die die für die Abtrennung nützliche Oberfläche erhöhen. Die Zentrifuge hat Rohrstutzen 9, durch die ii:e aus praktisch reinem Kaolinit Dbetehende Grobfraktion ausgestoßen wird. Die montmorillonitreiche Fraktion wird bei Causgestoßen.

Der Stangenturbinenmischer 1 kann beispielsweise durch eine Kolloidmühle, eine Mühle vom Schlitz-Rotor-und-Stator-Typ, eine Kerbscheibenturbinenmühle oder einen Kneter, z. B. mit Sigmaklinge, ersetzt werden. Die Abtrennung der feinkörnigen montmorillonitreichen Fraktion von den größeren Kaolinitteilchen kann auch chargenweise erfolgen, ζ. ά. mit einer Feststoff-Schüsselzentrifuge, die mit einer Einrichtung zum Abziehen der überstehenden Schicht versehen ist, die die Hauptmenge Montmorillonit enthält. Es ist unzweckmäßig, die Abtrennung mittels Schwerkraftsedimentationsverfahren durchzuführen, da die für eine praktisch vollständige Abtrennung der Montmorillonitteilchen von den ' inkörnigsten Kaolinitteilchen nötige Zeit untragbar groLS wäre.

Das Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

Unter Verwendung eines Stangeniurbinentnischcrs ließ man Scherkräfte auf einzelne Proben einer mit 0,3 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Tones) Tetranatriumpyrophosphat entflockten Suspension eines kaolinitischen Tones bei einem Feststoffgehalt von 70 Gew.-% einwirken. Der kaolinitische Ton enthielt vor der Behandlung 3,6 Gew.-% Montmorillonit und bestand zu 80 Gew.-% aus Teilchen, die kleiner als 2 Mikron waren. Auf jede Probe ließ man verschiedene Arbeitsbeträge einwirken.

Nach der Behandlung im Stangenturbinenmischer wurde jede Suspension sofort auf einen Feststoffgehalt von 15 Gew.-% verdünnt und in einer Fesistoff-Schüsselzentrifuge mit einem Durchmesser von 50,8 cm bei 2000 U/min zentrifugiert. Nach 30 Minuten hatte die Hauptmenge des Tones eine feste Ablagerung an der Schüsselinnenwand der Zentrifuge gebildet, während sehr feinkörnige Teilchen in der überstehenden Wasserschicht suspendiert bleiben. Die die sehr feinkörnigen Teilchen enthaltende Wasserschicht wur

de mit!e!s eines Abstrichrohres entfernt. Die Oberfläche der Tonablagerung wurde mit reinem Wasser gewaschen und dann wurde weitere 30 Minuten zentrifugiert. Die überstehende Schicht wurde erneut aus der Zentrifugenschüssel entfernt.

Die Analyse der feinkörnigen Fraktionen mittels Röntgenbeugungs- und mittels Methylenblauadsorption zeigte, daß sie aus etwa 95 Gew.-% Montmorillonit bestanden. Die Analyse der behandelten Tonsuspensionen zeigte, wieviel Montmorillonit ausgeschieden worden war. F i g. 2 zeigt den Prozentgehalt P des abgeschiedenen Montmorillonits, bezogen auf die Gesamtmenge des behandelten Tons, als eine Funktion der an dem kaolinitischen Ton geiersteten Arbeit IV in PS-Stunden/Tonne Ton. Von den ursprünglich im Ton befindlichen 3,6 Gew.-% Montmorilllonit konnten beim Arbeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren 2,4 Gew.-% Montmorillonit entfernt werden, wohingegen durch einfaches Zentrifugieren nur etwa 0.5 Gew.-% entfernt werden konnten.

Verwendet man einen kaolinitischen Ton aus dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Montmorillonit entfernt wurde, für eine Papierstreichmasse, so kann man eine Verbesserung der Viskosität erzielen, wie sie folgende Prüfung zeigt:

Es wurden 3 Proben von verschiedenen Papierstreichmassen hergestellt. Bei der Herstellung der ersten Probe wurde als Pigment ein Ton verwendet, der wie im voranstehenden Beispiel behandelt wurde, um daraus die Hauptmenge des Montmorillonits zu entfernen; bei der Herstellung der zweiten Probe verwendete man als Pigment einen Ton, aus dem kein Montmorillonit entfernt worden war; zur Herstellung der dritten Probe verwendete man als Pigment einen Ton, der nur zentrifugiert worden war. Bei jeder Papierstreichmasse bestand der verwendete Klebstoff aus 10 Gew.-Teilcn Stärke und 4 Gcwichtsteilen l.atexemulsion für je 10 Gew.-Teile Tonpigment. Der gesamte Feststoffgehalt jeder Papierstreichmasse betrug 60%. Die Viskositäten der drei Streichmassen wurden mittels eines Viskosimeters bei 50⁰C und 100 U/min gemessen:

1. Probe

2. Probe

3. Probe

I lOOCentipoises
7500Centipoises
4400Centipoises

Aus den Viskositätswerten ist ersichtlich, daß die Probe 1 mit erfindungsgemäß behandeltem Ton eine wesentlich günstigere Viskosität aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen von Montmorillonit aus einer entflockten, wäßrigen Suspension eines > Montmorillonit als Verunreinigung enthaltenden kaolinitischen Tones, durch Zentrifugieren, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Suspension bei einem Feststoffgehalt von 40 bis 80 Gewichtsprozent Scherkräfte entsprechend einer _t0 Arbeit von mindestens 60 PS-Stunden/Tonne Ton einwirken läßt und von der anschließend auf einen Feststoffgehalt von 10 bis 20 Gewichtsprozent verdünnten Suspension eine montmorillonitreiche Fraktion durch Zentrifugieren abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf eine entflockte, wäßrige Suspension eines bis zu 4 Gew.-% Montmorillonit enthaltenden kaolinitischen Tons Scherkräfte bei einem Feststoffgehalt von 55 bis 80 Gew.-% einwirken läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf eine entflockte, wäßrige Suspension eines bis zu 10 Gew.-% Montmorillonit enthaltenden kaolinitischen Tons Scherkräfte bei einem Feststoffgehalt von 40 bis 70 Gew.-% einwirken läßt.