DE1943612A1

DE1943612A1 - Verfahren zum Trocknen von auswitternden Stoffen

Info

Publication number: DE1943612A1
Application number: DE19691943612
Authority: DE
Inventors: Ogle Christopher John
Original assignee: English Clays Lovering Pochin Co Ltd
Current assignee: Imerys Minerals Ltd
Priority date: 1968-08-27
Filing date: 1969-08-27
Publication date: 1970-03-12
Also published as: US3645004A; GB1274850A

Description

Dipl.-Ing. W. PAAP 8 MÖNCHEN 22,

Steiiisdorfstraße 10

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH _{Telefon: (081},, ._29s634

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN
Dr. rer. not. W. KÖRBER

PATENTANWÄLTE Kr.

MGLISH CLAYS LOVERTNG POCHIN

& COMPANY LIMITED,

John Keay House,

St. Axistell, Cornwall / England

Pa t ent anme!dung

Verfahren zum Trocknen von auswitternden Stoffen

Die Erfindung betrifft das Trocknen von Stoffen, insbesondere von auswitternden Stoffen wie Satinweiss,

Satinweiss ist ein Calciumsülfoaluminat der Formel 3 CaO,Al₂O-Z.3 CaSO,·32H₂O. Es wird u.a. in Beschichtungsmaterial für Papier als v/eisses Pigment verwendet, das dem Papier hohen Glanz und gute Druckbarkeit verleiht. Satinweiss ist im wesentlichen identisch mit dem Mineral Ettringit und dem Materiale, das beim Abbinden von sich ausdehnendem Zement, bestehend aus einer Mischung von Portlandzement;, AIpO,-Zement und Gips, entsteht. Satinweiss wird üblicherweise durch Einwirkung von Aluminiumsulfat auf gelöschten Kalk hergestellt. Das Produkt wird gelagert und in Form einer feuchten Paste transportiert. Hierzu wird in einem Arbeitsgang eine konzentrierte Lösung von Aluminiumsulfat zu einer Kalkpaste gegeben und in einer Mischmaschine hoher Dichte gemischt. Es wird soviel V/asser verbraucht, dass die fertige feuchte Paste einen Feststoffgehalt von 30 $ hat. In einem zweiten

0 0 9 811/10 11

Arbeitsgang wird eine etwa 10%ige Lösung von Aluminiumsulfat in eine Aufschlämmung, die etwa 5 $ Calciumhydroxid enthält, gesprüht, bis die Reaktion beendigt ist. Die Aufschlämmung wird dann unter Druck gefiltert. Der feuchte Filterkuchen enthält 20 - 30 Gew.$ an Feststoffen. Satinweiss hat wie andere auswitternde Stoffe einen hohen Gehalt an Kristallwasser und wird bei Berührung mit heisser Trockenluft schnell entwässert. Aus diesem Grund hat man bisher angenoEimen, dass es unmöglich ist, Satinweiss und andere auswitternde Stoffe zu trocknen.

Mit dem "Verfahren gemäss der Erfindung ist es möglich, auswitternde Stoffe in Form einer Paste oder einer Aufschlämmung ineinwandfreiem Zustand zu trocknen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Paste oder Aufschlämmung unter Bildung eines FiIterkuchens mit einem Peststoffgehalt von wenigstens 50 $ druckgefiltert wird, dass der Filterkuchen in kleine Einzelteilchen aufgeteilt und diese mit Luft behandelt wird, die eine Temperatur unter 100° C und eine relative Feuchtigkeit unter 90 $ SH hat, wodurch ein Verlust an Kristallwasser vermieden wird.

Die aus dem Filterkuchen gebildeten Einzelteilchen haben vorteilkft im wesentlichen die gleiche Feinheit. Vorzugsweise sind die Teilchen im wesentlichen kugel- oder nadelförmig. Die kugelförmigen Teilchen haben einen Durchmesser von 0,08 0,95 cm, die nadeiförmigen Teilchen im Querschnitt einen Durchmesser von 0,08 - 0,95 cm und eine Länge von 0,16 bis 1,2 cm.

Die für ein besonders auswitterndes Material erforderlichen Temperaturen und relativen Feuchtigkeiten der Luft können experimentell ermittelt werden. Z. B. wurde die Temperatur, bei der Satinweiss durch Verlust an Kristallwasser beginnt, an Gewicht zu verlieren, von Luft bestimmt, die eine bekannte Menge Wasserdampf enthält. Die Bestimmung wurde für mehrere verschiedene Luftfeuchtigkeiteijwiederholt. Die Luft wurde

00981 1/1011

19/13612

zunächst mit Wasser "bei einer bestimmten Temperatur gesättißt, so dass der Taupunkt der Luft bekannt war, dementsprechend konnte die relative Feuchtigkeit der Luft bei irgendeiner anderen Temperatur von Tabellen abgelesen werden. Die Zersetzungstemperaturen 'entsprechend verschiedenen Luftfeuchtigkeiten wurden gemessen. Die Resultate sind aus Tabelle I ersichtlich:

Tabelle I

Taupunkt (⁰C)	Zersetzunfeo-
	temperatur, T^,
29	71
40	83
45	84
50	■ 87
55	93
60	99
65	103
70	109
75	112

E elat ive Luftfeu chi igk e it bei Zersetzungstemperatur

12,3 13,8

17,5 19,8 20,0

20,5 22,1 22,5 25,1

In der Zeichnung sind diese Resultate graphisch dargestellt. In dem Diagramm ist die Wechselwirkung der EersetEungstemperatur (T^) in absoluten Graden aufgetragen gegen den Logarithmus des Dampfdrucks (.V) von Wasser in der das Satinweisß umgebenden Luft (in nm Hg). Diese Methode führt zu einer geraden Linie nach-folgender Formel:

In^ V -5,2 X KV

Q.

In der Formel ist V der Dampfdruck des Wassers in der Un.gf ■-bungslufi in mm Hg und T, die Zersetzungstemperatur des Satinweiss in absoluten Graden. Durch Extrapolieren auf nciv male Umgebungstemperatur kann nan bestimmen, wann Satinweisß bei 25° C stabil ist.

0 0 9 811/10 11

BAD ORiGiNAL

Die Anwendung des erfindungsgemassen Verfahrens auf Satinweiss wird im folgenden näher beschrieben:

llach einer vorzugsweisen Ausfülirungsform wird eine Aufschlämmung oder Paste von Satinweiss aus Aluminiumsulfat und Kalk ,hergestellt. Beide Substanzen sind im werentlichen frei von eisenhaltigen Verunreinigungen, um ein Pigment von hohem Glanz EU erhalten. Die Aufschlämmung oder Paste wird sodann unter Druck gefiltert, um einen Filterkuchen mit einem Feststoffgehalt zu erhalten, bei dem er in üblicher Weise ausgestossen v/erden kann. Im allgemeinen beträgt der zweckmässige Feststoffgehalt des auszustossenden Filterkuchens 60 - 70 Gew.$, der durch Druckfilterung der Paste oder Aufschlämmung bei einem Druck von wenigstens 14 kg/cm (200 lb/square inch) erreicht werden kann« Bei einem niedrigerem Druck erreicht man einen Feststoffgehalt von etwa 50 $ und mischt in diesem Falle bereits getrocknetes Material bis zu Erreichung eines Gehaltes von 60 ~ 70 ia zu. Der Filterkuchen wird dann ausgestossen (extruded), zu kleinen Einzelteilchen geformt und mit Hilfe eines Fliessbett-Trockners getrocknet, in dem die Gasphase aus Luft mit einer Temperatur von nicht mehr als 25° C und einer relativen Feuchtigkeit über 12,5 $, vorzugsweise über 30 $, besteht. Die obere Grenze für die relative Luftfeuchtigkeit ist durch den niedrigsten annehmbaren Trocknungsgrad gesetzt, die jedoch praktisch 90 9» nicht übersteigt. Im allgemeinen ist die relative Luftfeuchtigkeit nicht grosser als 50 $. Die Lufttemperatur wird vorzugsweise bei oder in der Nähe der Umgebungstemperatur gehalten, um eine Lage zu vermeiden, in der Material bei einer erhöhten Temperatur aus einer Atmosphäre mit einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit zu der Umgebungsatmosphäre übertragen wird, bei einer niedrigeren Temperatur und möglicherweise einer relativen Luftfeuchtigkeit, die unter der Feuchtigkeit liegt, bei der das Material stabil bei seiner anfänglich erhöhten Temperatur ist. Die Trocknung kann entweder schichtweise oder kontinuierlich erfolgen.

009811/1011

Es wurde gefunden, dass Satinweiss, das bis zur vollständigen Entfernung des freien V/assers getrocknet wurde, schwieriger in Wasser wieder zu dispersieren ist, als Satinweiss, das noch etwas freies Wasser enthält. Das Material wird daher vorzugsweise auf einen Feststoff gehalt unter 100 $>, insbesondere 90 - 95 Gew.^, getrocknet.

Bei Durchführung der Trocknung im Chargenbetrieb wird der Filterkuchen mit einem Feststoffgehalt von 60 - 70 $ in einem separaten Apparat durch Auspressen durch eine Düse, die einen Durchmesser von 0,08 - 0,95 cm, vorzugsweise 0,16 - 0,48 cm hat, und durch weitere Zerkleinerung der ausgepressten Stränge zu kleinen Einzelteilchen oder Kügelchen geformt, die nicht mehr als 1,27 cm lang sind;oder die Einzelteilchen oder Kügelchen werden aus der Paste in einer Vorrichtung nach USA-Patent 2 306 698 geformt. Eine Charge der Teilchen von geeignetem Gewicht wird zum Fliessbett-Trockner geleitet, in dem die Teilchen in fliessender Bewegung in einem aufwärtsgerichteten Luftstrom mit der erforderlichen Temperatur und relativen Feuchtigkeit solange gehalten werden, bis sie zu dem gewünschten Wassergehalt herunter geizocknet sind.

Bei kontinuierlicher Arbeitsweise kann die Trocknung mit der Vorrichtung und nach dem Verfahren der britischen Patentschrift 901 032 erfolgen, bei dem ein Filterkuchen direkt in ein Fliessbett von Kügelchen desselben Materials, das sich im Trocknungsprozess befindet, ausgepresst wird und bei dem die Stränge zu Kügelchen zerkleinert werden. Oder es wird eine Zerkleinerung nach dem Verfahren des britischen Patents 942 576 angewandt.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Filterkuchen aus Satinweiss wie zuvor beschrieben zu Kügelchen geformt, dann werden die Kügelchen in einer Zerkleinerungsanlage, z. B. einer Eaymondmühle oder einer Scheiben- oder Stiftmühle, durch die luft mit der erforderlichen Temperatur

009811/1011

und relativen Feuchtigkeit geblasen wird, getrocknet.

Ausführungsbeispiel

9,6 kg eisenfreies Aluminiumsulfat, Al₂(SO,),* H H₂O, wurden in 54 1 Wasser gelöst und die Lösung unter starkem Umrühren während 5 Minuten zu einer Aufschlämmung von 7,57 kg Calciumhydroxid in 29 1 Wasser gegeben.Die Mischung wurde weitere 30 Minuten mit einem hochtourigeu Mixer mit ummantelter Schraube nach Silverson durchgearbeitet. Die entstandene feuchte Paste wurde dann unter einem Druck von 5,6 kg/cm filtriert. Der Filterkuchen hatte einen Feststoffgehalt von 50 io. Zu dem Filterkuchen wurde bereits getrocknetes Satinw-eiss in einem Mengenverhältnis von 1 Gew.teil Trockenprodukt zu 2 Gew.teilen Filterkuchen gegeben. Die Bestandteile wurden kräftig in einem z-Schaufelkneter gemischt, um eine steife Paste mit einem Feststoffgehalt von 67 Gew.$ zu erhalten.Die steife Paste wurde sodann durch eine Düse mit einem Durchmesser von 0,3 cm gepresst und die gebildeten Stränge mit Hand zu etwa 0,6 cm langen Teilchen zerbrochen. Die Teilchen wurden in einem Fliessbett-Trockner mit einem perforierten Boden eingebracht, durch den Luft mit einer Temperatur von 25° C und einer relativen Feuchtigkeit von 35 # geblasen wurde. Die Teilchen wurden aus dem Trockner nach einer Zeitdauer entnommen, die erfahrungsgemäss ausreicht, um ein Produkt mit einem Feststoffgehalt von 90 - 95 Gew.^ zu erhalten.

Ein Papierbeschiclitungsmaterial mit einem Gehalt an getrocknetem S at inweis s wurde auf folgende Weise hergestellt: 10 g Gasein, 0,25 g eines geeigneten AntischaummitteIs, z. B. üiopco KGL, 4,5 ml einer 10bigen W/v-Lösung von Natriumhydroxid und 40 ml Wasser wurden kalt gemischt und dann unter Rühren 15 Minuten auf 55° C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde weiterhin 1 ml der 10bigen ÜTaOH-Lösung zugegeben. 275 g der getrockneten Satinweissteilchen wurden in einem Backenbrecher zerkleinert und zu einer Mischung von 55 ml einer 20$igen W/v-Lösung

009811/1011

eines Natriumpolyacrylat-Dispersionsmittels, 27,3 mil einer 10bigen Lösung von NaOH und 142,5 ml Wasser gegeben. Die Mischung wurde kräftig mit einem Mixer nach Silverson bearbeitet und durch ein Testsieb B.S. Nr. 100 gegossen. 36,5 g der zweiten Mischung,' d. h. "die Menge, die 20 g des trockenen Satinweiss enthielt, wurden zu der ersten Mischung gegeben und dann weitere 50 ml Wasser zu der vereinigten Mischung. Eine dritte Mischung wurde aus 80 g Kaolin, enthaltend 75 Gew.# an Teilchen, die kleiner als 2 Mikron äquivalent einem runden Querschnitt sind, 1,2 ml einer 20^igtn lösung eines Natriumpolyacrylat-Dißpersionsmittels, 1,5 ml einer IO^igen NaOH-Lösung und 32 ml Wasser hergestellt und innig in einem hochtourigen Mischer gemischt. 114,3 E der dritten Mischung wurden zu der vereinigten ersten und zweiten Mischung, enthaltend Casein und Satinweiss, gegeben. Schliesslieh wurden 20,8 ml eines geeigneten Latex. (Dow Latex 636) Kit 48 Gew.$ Festotoffen unter Rühren zugegeben, um die Γαρ!erbenchichtungemasse zu bilden, dessen pH-Wert 10,0 betrug.

Zum Vergleich wurde eine zweite Papi-rrbfiscliichtungsmasse mit einem im Handel erhältlichen Slinweiss ;"n Form einer feuchten Paste, enthaltend 40 Gew.# Satinweiss und 60 Gew.$ Wasser, wie folgt hergestellt: 10 g Casein, 0,25 g NOPCO-KGL, 4,5 ml einer 10bigen W/v-Lösung von NaOH und 40 ml Wasser wurden kalt gemischt und 15 Minuten unter Rühren auf 55° C erhitzt. Weitere 1 ml einer 10bigen NaOH-Lösung wurden nach dem Abkühlen der Mischung beigegeben. 50 g Satdaweisspaete, d. h. die Menge, die 20 g trockenes Satinweise entMelt, wurden mit 4 ml einer 20?bigen V.'/v-Löoung eines Natriumpolyaerylat-DiEpersionsmittels und 2 ml einer 10bigen NaOH-Lösung gemischt. Die zweite Misch""¹" wurde mit der ersten Mischung vereinigt. Eine dritte Mischung wurde aus 400 g Kaolin, enthaltend 75 Gew.# an Teilchen, die kleiner als 2 Mikron äquivalent einem runden Querschnitt sind, 6 irtl einer 20#igen W/v-Lösung eines Natriumpolyacrylat-Disperrionsmit-tels, 8 ml einer !Obigen NaOH-Lösung und 160 ml Wasser hergestellt und die Bestandteile stark in

009811/1011

einem hochtourigen Mischer gemischt. 114,3 g der dritten Mischung, d. h. die Menge, die 80 g des trockenen Kaolins enthielt, wurden der vereinigten ersten und zweiten Mischung, enthaltend Kasein und Satinweiss, zugegeben. Schliesslich wurden 20,8 ml Dow Latex 636 unter Rühren zugegeben, um die PapierbeSchichtungsmasse zu bilden. Der pH-Wert der Masse betrug 10,6.

Beide Massen wurden auf Blätter nach einer üblichen Ziehmethode aufgetragen. Die getrockneten beschichteten Blätter wurden auf Lichtreflektion bei einer Lichtwellenlänge von und 574 Millimikron, auf TAPPI-Glanz bei einem Winkel von 75°, auf K & N-Farbaufnahmefähigkeit, auf Glätte nach dem Mikrokonturfarbtest und auf IGT-Aufnahmegeschwindigkeit (pick velocity) unter Verwendung eines niedrig viskosen Öles geprüft,

Tabelle II

Pigment	Trocken- Satinweiss + Kaolin	Ungetrockn. Satinweiss + Kaolin
96 Lichtreflektion von 458 mjx(%)	83,0	83,3
" von 574 mji(ji)	89,2	89,4
TAPPI-Glanz bei 75° (#)	63,1	65,1
K & N-Farbaufnähme (96)	28,5	24,6
Mikrokonturfarbt e s t	13,7	15,3
IGT-Aufnahmegeschwindigkeit (ft./Min.)	120	116
Deckgewicht (g/m²)	41	43

Obwohl der Glanz (brightness, gloss) der mit der Zusammensetzung, enthaltend getrocknetes Satinweiss, behandelten Blätter innerhalb der Fehlergrenze geringer war als bei der anderen Zusammensetzung mit ungetrocknetem Satinweiss, waren die Farbaufnahme und Glätte, sowie die IGT-Prqbe bei der ersteren Probe besser.

Patentansprüche!

009811/1011

OfilGJNAL INSPECTED

Claims

- 9 - -■
Patentansprüche

Verfahren sum Trocknen von auswitternden Stoffen in Fora einer Paste oder Aufschlämmung, dadurch gekennzeichnet, dass die Paste oder Aufschlämmung unter Druck unter Bildung eines Filterkuchens mit einem Feststoffgehalt von wenigstens 50 Gew.jt gepresst wird, worauf der Filterkuchen in kleine Xinselteilchen aufgeteilt wird, und dass die Sinselteilchen mit Luft bei einer Temperatur unter 100° C und einer relativen Feuchtigkeit unter 90 % RH so behandelt wird, dass kein Kristallwasser aus dea Behandlungsgut austritt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, dass die kleinen Einseiteilchen eine im wesentlichen gleiche Gestalt haben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, daduroh gekenneeichnet, dass die kleinen Xinselteilchen im wesentlichen kugelförmig sind und einen Durchmesser von 0,08 - 0,95 ca haben.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinen Einseiteilchen ia wesentlichen stäbchenförmig sind und einen Querschnitt von 0,08 - 0,95 ca und eine Länge von 0,16 - 1,2 ca haben.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als auswitterndes Material Satinweiss behandelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinen Einzelteilchen in einem Pliessbett gebracht und mit Luft bei einer Temperatur von nicht über 25° C und einer relativen Feuchtigkeit von 30 - 50 % behandelt werden.

0 0 9 8 11/10 11
7. Terfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekeanieiehnet, dass die Aufschlämmung oder Pavte τοη Satinwei·· bei einem Druck τοη wenigsten· 14 kg/oa gepresst wird, bis •in filterkuchen mit einem featatoffgehalt τοη 60 - 70 Gew.jf erhalten ist.
8. Terfahren naoh Anspruoh 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung oder Paste τοη Satinweiss bei einen Druck τοη weniger al· 14 kg/om gepreeet wird, bi· ein filterkuchen ait einea festetoffgehalt τοη etwa 50 0ew.jf erhalten ist, und da·· der ·ο erhalten· filterkuchen ait einer solchen Menge τοη bereits getrooknetea Satinweiss geaisoht wird, da·· der featatoffgehalt der Miaohung 60 - 70 0ew.j( beträgt.
9. Terfahren nach den Ansprüchen 5,6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinen linzelteilchem τοη Satinwei·· solange ait der bezeichneten Luft behandelt wird, bei der feststoffgehalt der Teilchen 90 - 95 Gew.^ beträgt.

Der Patentanwalt

fetentanwalt

.// ml

oaaen/1,011