DE2420436A1 - Verfahren zur entfernung von faerbenden verunreinigungen aus tonen - Google Patents

Description

Patontamvälte

Di'pL-s'ng. A. Grü,;scker

Dr.-Ing l·!. Xinke/äey

Dr.-ing. W. Siockmair 26 April "»974

8 München 22, MaximiUanstr, 43 DR. K. SCHUMANN - DIPL.-1NG. P. JAKOS

J.M. HUBER COHP.

Locust, State of Neν; Jersey, USA

Verfahren zur Entfernung von färbenden Verunreinigungen aus Tonen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von färbenden Verunreinigungen aus Tonen; sie betrifft insbesondere Verfahren zur Verbesserung der Helligkeit von Tonen, wie Kaolintonen, die zur Herstellung von Papier verwendet werden, sowie speziell ein Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Aufbereitung dieser Tone.

In der Natur vorkommende Kaolinton-Lagerstätten sind bekannt dafür, daß sie verfärbende (färbende) Verunreinigungen enthalten. Im allgemeinen können beispielsweise Eisen- und Titanmineralien sowie andere "Mineralien, wie Montmorillonit und Glimmer, in verschiedenen Kombinationen für eine solche Verfärbung verantwortlich sein. Die Titanmineralien liegen beispielsweise im allgemeinexi als TiO„ (z.B. in der Form von Anatas) vor und die Farbe dieser Mineralien variiert von Gelb bis Dunkelbraun. In entsprechender Weise ist das Mineral Montmorillonit dafür bekannt, daß es magnetisch ist und

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die Fähigkeit hat, verfärbendes Oberflächeneisen festzuhalten aufgrund seines hohen Kationenaustauschvermögens. Diese verschiedenen genannten Verunreinigungen sind größtenteils verantwortlich für die gelbbraune Farbtönung von vielen Kaolinen. In der Tat wird Ton häufig als für die kommerzielle Verwendung ungeeignet abgelehnt allein aufgrund seiner Farbe, obgleich seine sonstigen physikalischen Eigenschaften, wie z.B. die Viskosität von Ton-Wasser-Aufschlämmungen und die Partikelgrößenverteilung, innerhalb der gewünschten Grenzen liegen.

Die Helligkeit von Ton nimmt in der Regel während der Bearbeitung durch Fraktionierung zu: je feiner die Partikel sind, um so heller ist der Ton. Diese Zunahme reicht jedoch in der Regel für stärker verfärbte Tone nicht aus, um sie kommerziell akzeptabel zu machen und es ist eine zusätzliche Behandlung des feinen Tons, beispielsweise dutch chemische Auslaugen, erforderlich. Das Auslaugen mit Chemikalien, wie Zink- oder Natriumhydrosulfit, führt im allgemeinen zu einer Verbesserung der Helligkeit, der raffinierten Tonaufschlämmungen, obgleich in der Regel nur eine Erhöhung um 2 bis 5 Helligkeitspunkte erzielt wird. Es sind auch bereits andere Verfahren zur Verbesserung der Helligkeit von Tonen bekannt, diese Verfahren sind jedoch im allgemeinen sehr teuer und liefern keine ausreichende Erhöhung der Helligkeit, welche die erhöhten Kosten rechtfertigt.

Es wurden bereits zahlreiche Versuche gemacht, um unter Anwendung von magnetischen Verfahren solche Verunreingungen zu entfernen, welche auf magnetische Anziehung ansprechen» In diesem Verfahren macht man sich die Kraft eines Magnetfeldgradienten zunutze, der eine differentielle Bewegung der Mineralkörn-

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chen durch das Feld bewirkt. In der US-Patentschrift 3 471 011 ist beispielsweise die magnetische Aufbereitung von Kaolinton unter Anwendung von Verfahren beschrieben, bei denen eine Aufschlämmung von Ton in Wasser einem starken Magnetfeld von mindestens 8500 Gauss ausgesetzt wird, wobei die Verweilzeit in dem Feld 30 Sekunden bis 8 Minuten beträgt, um Partikel mit einer niedrigen magnetischen Suszeptibilität von der Aufschlämmung abzutrennen. Vor kurzem sind in den US-Patentanmeldungen Nr. 309 839 und 19 169 eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei denen eine Ton-Wasser-Aufschlämmung durch einen mit Stahlwolle oder einem ähnlichen , sehr unregelmäßigen und porösen ferromagne ti sehen Material gefüllten Behälter geleitet wird. Es wurde gefunden, daß die angegebene Kombination in Gegenwart eines starken Magnetfeldes die magnetisch anziehbaren Verunreinigungen auf hochwirksame Weise entfernt aufgrund der Fähigkeit des Systems, das Feld an zahllosen Punkten in dem Behält er volumen zu konzentrieren, an denen eine Anziehung auftreten kann. Obgleich sich magnetische Abtrennverfahren, wie sie oben angegeben sind, bei der Entfernung von bestimmten Verunreinigungen aus Tonaufschlämmungen als sehr wertvoll erwiesen haben und tatsächlich zu einer Erhöhung der Helligkeit der behandelten Produkte um einige Punkte führen", hat es sich dennoch in der Praxis gezeigt, daß verschiedene Verunreinigungen nur unter größten Schwierigkeiten entfernt werden können. Unter anderem sei darauf hingewiesen, daß gefunden wurde, daß der Faktor der Verweilzeit in dem Magnetfeld von großer Bedeutung ist bei der Entfernung von bestimmten,bisher verhältnismäßig wenig anziehbaren Verunreinigungen, wobei die Entfernung stark verbessert

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wird, wenn die Verweilzeiten zunehmen. Unglücklicherweise handelt es sich jedoch bei diesem Faktor der Verweilzeit um einen solchen, der gegen wirtschaftliche Gesichtspunkte einer Verarbeitungssituation aufgerechnet werden muß. Das heißt,die Anwendung einer langen Verweilzeit (und manchmal einer Mehrfach-Bearbeitung) führt zu einer ineffektiven Ausnutzung der großtechnischen und teuren magnetischen Abtrennvorrichtung, wenn die Aufschlärnmung durch den Abscheider geführt wird, was zur Folge hat, daß irgendwo in der Produktionsanlage Verluste auftreten. Dementsprechend ist man seit langem bestrebt, solche Verfahren zu finden, durch welche die magnetische Abtrennmethode verbessert werden kann, sowohl in bezug auf die Entfernung von Verunreinigungen, die vorher als nicht behandelbar angesehen wurden, als auch in bezug auf die Beschleunigung der Entfernung solcher Verunreinigungen, von denen bekannt ist, daß sie magnetisch entfernbar sind, für die jedoch bisher nicht akzeptable Verweilzeiten in dem Magnetfeld zur Erzielung der Entfernung erforderlich waren.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß in der US-Patentschrift 3 371 988 angegeben ist, daß entgegen der bisherigen Praxis, nach der Tonaufschlämmungen vor der Klassifizierung mit einem Peptisierungsmittel behandelt werden, um eine minimale Viskosität (d.h. eine maximale Dispersion der Tonpartikel zur Erleichterung der Fraktionierung) zu erzielen, der xtfieder-ausgeflockte Zustand überraschenderweise nützlich ist, weil dadurch offenbar ein System für die kontrollierte Freisetzung von Titanverunrexnxgungen geschaffen wird. In dieser Patentschrift ist daher angegeben, daß durch Fraktionierung im wieder-ausgeflockten Zustand

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eine bevorzugte Abtrennung der Titanverunreinigungen erzielt werden kann, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Reinheit und Helligkeit der raffinierten Kaolinfraktion führt. Diese differentiellen Ausflockungsverfahren, die auf der differentiellen Sedimentation basieren, ändern jedoch die Partikelgrößenverteilung in der Aufschlämmung und liefern verhältnismäßig geringe Ausbeuten. Es war bisher nicht begreiflich, daß die Angaben in der oben genannten Patentschrift zu magnetischen Abtrennungsverfahren führen konnten, da bisher (unter anderem) stets angenommen wurde, daß die magnetische Abtrennung zxv'eckmäßig bei einer minimalen Viskosität der zu behandelnden Aufschlämmung durchgeführt werden sollte. Da die magnetische Abtrennung in der Regel bei Aufschläramungskonzentrationen von etwa 30 %Feststoffen durchgeführt wird, nahm man an, daß durch die Anwesenheit von chemischen Agenzien, die eine Aufschlämmung mit einem hohen Feststoffgehalt in einen wieder-ausgeflockten Zustand bringen wurden, die Viskosität der Aufschlämmung mit einem niedrigen Feststoffgehalt nicht wesentlich beeinflussen wurden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur magnetischen Entfernung von verfärbenden Verunreinigungen aus Ton-Wasser-Aufschlämmungen anzugeben, mit dessen Hilfe es möglich ist, die Verunreinigungen auf hochwirksame Weise su entfernen. Ziel der Erfindung ist es ferner, ein verbessertes Verfahren zum magnetischen Entfernen von verfärbenden Verunreinigungen aus Ton-Wasser-Aufschlämmungen anzugeben, das die Entfernung dieser Verunreinigungen mit erhöhter Schnelligkeit erlaubt und die mehrfache Verarbeitung

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überflüssig macht, wodurch eine praktikable Hochgeschwindigkeitsbehandlung und großtechnische Behandlung dieser Aufschlämmungen möglich wird. Ziel der Erfindung ist es schließlich, ein verbessertes Verfahren zur magnetischen Entfernung von verfärbenden Verunreinigungen aus Ton-Wasser-Aufschlämmungen anzugeben, dessen Wirkungsgrad so verbessert ist, daß es nicht erforderlich ist, eine magnetisch gesättigte Matrix zu verwenden. Ziel der Erfindung ist es außerdem, ein Verfahren zur Entfernung von verfärbenden Verunreinigungen aus Ton-Wasser-Auf schlämmungen anzugeben, das auch bei Aufschlämmungen mit einem verhältnismäßig hohen Feststoffgehalt wirksam ist und zu keiner Fraktionierung, Bildung einer geringen Ausbeute oder wesentlichen Änderung der Partikelgrößenverteilung führt.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß die magnetische Abtrennung von unlöslichen Verfärbungsmitteln, wie durch Eisen verfärbtem Anatas, aus diese Verunreinigungen enthaltenden Ton-Wasser-Aufschlämmungen dadurch stark erleichtert werden kann, daß man zuerst diese Aufschlämmungen einer Freisetzungsbehandlung unterwirft, die so wirkt, daß die Verunreinigungen in den Zustand gebracht werden, in dem das verunreinigende partikelförmige Material aus den Tonoberflächen, an welche es normalerweise gebunden ist, chemisch freigesetzt wird, wodurch diese Verunreinigungen auf wirksamere Weise auf das einwirkende Magnetfeld ansprechen können. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Freisetzung und/oder selektive Dispersion der Verunreinigungen aus den Tonpartikeln dadurch bewirkt werden, daß man zuerst die Aufschlämmung mit einem Oxydationsmittel, wie z.B. mäßigen Mengen Natriurnhypochlorit_} behandelt. Dieses Frei-

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setzungsmittel kann entweder allein oder in Kombination mit Zusatzmitteln, wie Natriummetasilikat, welches die Freisetzung unterstützt, und mit Dispergiermitteln, wie NatriumhexametaphosphatjZur Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit in dem Ton-Wasser-System verwendet werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung von verfärbenden Verunreinigungen aus einem Ton durch Abtrennen von schwach magnetisch-ansprechbaren kleinen Verunreinigungspartikeln von einer die Partikel in geringer Konzentration enthaltenden wäßrigen Ton-Wasser-Aufschlärnmung mit im wesentlichen nicht-magnetischen kleinen Mineralpartikeln, indem man die Auf schlärnmung einer magnetischen Trennung in einem starken Magnetfeld unterwirft, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Aufschlämmung vor der magnetischen Trennung mit einem chemischen Freisetzungsmittel für die aus der Aufschlämmung zu entfernenden Verunreinigungspartikel behandelt, wodurch die Verunreinigungspartikel selektiv dispergiert werden und wodurch die magnetische Trennung erleichtert wird.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor. Dabei bedeuten:

Fig. 1 eine graphische Darstellung, welche die Effekte eines Oxydationsmittels und von Dispergiermitteln auf die Helligkeit und die Produktionsgeschwindigkeit eines repräsentativen Tons erläutert, der anschließend einer magnetischen Trennung unterworfen wird;

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Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche die Effekte der Änderung der Konzentration des Oxydationsmittels bei der Behandlung eines Tons, der anschließend einer magnetischen Trennung unterworfen wird, auf die Auslaughelligkeit erläutert;

Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche die Art erläutert, in der durch Zugabe von Natriumhexametaphosphat das mit der Verwendung von Natriutnhypochlorit verbundene Viskositätsproblem vermindert werden kann, wodurch eine magnetische Abtrennung bei relativ höheren Feststoffgehalten ermöglicht wird;

Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche den Effekt der Natriumhexametaphosphatzugabe auf den Auslaughelligkeitswert für variierende Hypochloritkonzentrationen erläutert; und

Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche die Effekte auf die Produktionsgeschwindigkeit bei einem repräsentativen Ton erläutert, welcher einer magnetischen Trennung unterworfen wird, wobei dieser Ton auch erfindungsgeraäß behandelt wird.

Die hier angewendeten magnetischen Abtrennungsmethoden einschließlich der Vorrichtung, die für diese Zwecke verwendet werden kann, sind an sich nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, so daß diese Methoden und Vorrichtungen auch hier nicht näher erläutert werden. Diesbezüglich sei auf die oben genannte US-Patentanmeldung Nr. 309 839 hingewiesen, in der ein Beispiel für eine typische Vorrichtung beschrieben ist, die für die erfindungsgemäßen Zwecke verwendet werden kann. Vorrichtungen, die in entsprechender Weise verwendet werden können, sind beispielsweise auch in der US-Patentschrift

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3 627 678 beschrieben. In der in der oben genannten US-Patentanmeldung beschriebenen Vorrichtung wird in einer Stahlwollematrix zwischen zwei Polen ein Magnetfeld einer mittleren Stärke von mindestens 7000 Gauss und vorzugsweise einer beträchtlich höheren Stärke (von 10000 bis 20000 Gauss) innerhalb der Matrix aufrechterhalten, in welcher die Trennung bewirkt wird. Vergleichbare magnetische Feldstärken können bei den erfindungsgemäßen Verfahren angewendet werden; mit Vorteil können aber auch niedrigere Felder und/oder vergleichsweise geringere Verweilzeiten in den Feldern angewendet werden aufgrund der Möglichkeit der leichten magnetischen Trennung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Beispiel 1

Zur Erläuterung des Effektes der erfindungsgemäßen Agenzien auf die Helligkeit von Tonen, die einer magnetischen Aufbereitung unterworfen wurden, x^urde eine Probe einer ungebleichten Aufschlämmung von Mittel-Georgia-Ton (Fraktion Nr. 2), d.h. mit einer solchen Partikelgrößenverteilung, daß 80 Gew.-% einen E₀S.D. von weniger als 2 Mikron aufwiesen, die 30 % Feststoffe enthielt, in der normalen Anlagenproduktion hergestellt. Die Tonprobe wurde in einer Vorrichtung des weiter oben erläuterten Typs für eine Gesamtzeit von 3,8 Minuten einer magnetischen Trennbehandlung unterworfen. Das dabei erhaltene Produkt wurde auf normale Weise ausgelaugt und dabei wurde gefunden, daß es eine Auslaughelligkeit von 90,0 auf der üblichen TAPPI-Skala aufwies. Eine ähnliche Probe dieser Aufschlämmung wurde dann einer erfindungsgemäßen Behandlung unterworfen durch Zugabe von 4,54 kg (10 pounds)/t (ton) Natriumhexametaphosphat ("Calgon"), 2,72 (6 pounds)/t (ton) Natriummetasilikat (wasser-

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frei) und 2,45 kg (5,4 pounds)/t (ton) Natriumhypochlorit zu der Aufschlämmungsprobe. Die Auslaug-helligkeit des dabei erhaltenen Produktes betrug 91,8 auf der gleichen TAPPI-Skala. Aus den -vorstehenden Angaben geht hervor, daß der mit einem Oxydationsmittel und Dispergiermittel vor der magnetischen Behandlung behandelte Ton auf die magnetische Behandlung viel besser ansprach als eine unbehandelte Probe.

Die vollen Auswirkungen der Behandlungseffekte auf die Helligkeit und Produktionsgeschwindigkeit sind unter Bezugnahme auf die beiliegende Fig. 1 besser verständlich, in der die Auslaughelligkeit für Tonproben wie in dem obigen Beispiel 1 gegen die Verweilzeit in der magnetischen Trenneinrichtung aufgetragen ist. Die untere Kurve der Fig. 1 entspricht einem "normal" dispergierten Ton des in dem obigen Beispiel angegebenen Typs» während die obere Kurve einem Ton entspricht, der vor der magnetischen Trennung einer erfindungsgemäßen Oxydationsmittel- und Dispergiermittel-Behandlung unterworfen worden ist. Die Kurven sind besonders interessant, wenn man die Auslaughelligkeit als Ordinate gegen die Vex-weilzeit als Abszisse aufträgt» Eine Untersuchung der Kurven der Fig. 1 zeigt, daß bei Anwendung einer Dispersions- und Oxydationsbehandlung die Produkt tionsgeschwindigkeit der Tone merklich erhöht werden kann. Daraus geht insbesondere hervor, daß ein Ton Nr. 2 mit einer TAPPI-Helligkeit von 90 erfindungsgemäß mit etwa der 3-fachen Geschwindigkeit erzeugt werden kann, wenn er, wie angegeben, mit Oxydationsmitteln und Dispergiermitteln behandelt wird.

In dem arfindungsgemäßen Verfahren T-?ird im Prinzip ein chemisches Fraisetsusgssiittel verwendet, um die Verunreinigung, 'z.B.

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Anatas, aus den Wirtspartikeln, d.h. dem Ton, "freizusetzen". Das bevorzugte Freisetzungsmittel ist, wie das obige Beispiel zeigt, ein Oxydationsmittel, wie Natriumhypochlorit. Die genaue Art und Weise, in der dieses Mittel seine günstigen Effekte ausübt, ist bisher noch nicht völlig geklärt, es wird jedoch angenommmen, daß der oxydierende Charakter des Agens dazu beiträgt, die organischen Bindungen, welche die Verunreinigungen festhalten, aufzubrechen. Dementsprechend wird angenommen, daß dieses Agens, d.h. Hypochlorit, die Erreichung eines isoelektrischen Zustandes für die Verunreinigungen fördert. Dieser Zustand, in dem eine spezielle Partikel keine elektrische Gesamtladung besitzt, ist für die nachfolgende magnetische Trennung insofern wichtig, als dann, wenn überhaupt, sich große magnetische Flocken bilden können und die Entfernung auf magnetischem Wege um so leichter ist, je größer die Verunreinigungspartikel ist. In entsprechender Weise ist der isoelektrische Zustand, wenn er erreicht ist, charakterisiert durch das Fehlen von wechselseitigen Abstoßungskräften zwischen den Verunreinigungspartikeln, die überwunden werden müßten, bevor das magnetische Sammeln wirksam werden könnte.

Wie nachfolgend kurz erläutert, kann das angegebene Oxydationsmittel allein verwendet werden, wobei wirksame Ergebnisse erzielt werden. Wie jedoch aus der weiter unten folgenden Beschreibung hervorgeht, üben Natriummetasilikat und Natriumhexametaphosphat wichtige Funktionen in den angegebenen Formulierungen (Mischungen) aus. Es wurde insbesondere gefunden, daß diese zugegebenen Dispergiermittel, insbesondere das Galgon, die Verwendung von vorteilhaft höheren Hypochloritmengen er-

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lauben als dies sonst möglich wäre, weil die Viskosität der Aufschlämmung bei NaOCl-Zugabe bis zu einem Punkte (oberhalb etwa 15 cF) anzusteigen beginnt, an dem die magnetische Trennung beeinträchtigt wird. Das Galgon ist spezifisch besonders wirksam auf die Tonkomponente, wodurch die Fließfähigkeit (Fluidität) der Wirtsmaterialien erhöht wird, so daß eine freie Wanderung der Verunreinigungspartikel während der anschließenden magnetischen Trennung auftreten kann. Zusätzlich zu dem in den Beispielen erwähnten Natriumhexametaphosphat können erfindungsgemäß auch verschiedene Silikate, TSPP, STPP und andere bekannte Dispergiermittel, verwendet werden.

Das Natriummetasilikat scheint nicht nur als Dispergiermittel zu wirken, sondern, was noch wichtiger ist, es unterstützt die Überführung der Verunreinigungen in den angegebenen isoelektrischen Zustand durch Erhöhung des pH-Wertes des Systems auf einen bevorzugten Wert von 7 bis 12. Aufgrund dieses Mechanismus oder vielleicht eines anderen Mechanismus, der bisher noch nicht bekannt ist, scheint das Metasilikat darüber hinaus die Freisetzung der Verunreinigungen aus dem Ton zu unterstützen oder zu verstärken. Für diese.Zwecke werden in der Regel bis zu 6j8O kg (15 lbs)/t (ton) Metasilikat (in der wasserfreien Form) verwendet, wobei eine" Menge von etwa 1,81 bis etwa 6,80 kg (4 bis 15 lbs)/t (ton) eine bevorzugte Zugabemenge ist»

In diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, daß, obgleich Anatas die Hauptkomponente bei der magnetischen Entfernung, die durch die erfindungsgemäßen Verfahren erleichtert

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wird, zu sein scheint, beobachtet wurde, daß starke Helligkeit sverbesserungen auch dann erzielt werden, wenn keine merkliche Abnahme des Anatas auftritt. Eine mögliche Erklärung für dieses Phänomen ist die, daß Chalat bildende organische Stoffe oxydiert werden, die mehrere Verfärbungssysteme einschließen könnten. Es wird auch angenommen, daß eine bestimmte Freisetzung und Dispersion von Glimmer-, Vermiculith- und Titanmineralien auftreten kann.

Beispiel 2

Die bei Verwendung von Oxydationsmitteln allein im Gegensatz zur Verwendung dieser Agenzien zusammen mit Dispergiermitteln vor

der magnetischen Trennung erzielten Vorteile sind vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen hoch-bedeutsam. Abgesehen von dem Erfordernis der Verwendung zusätzlicher Materialien kann die Verwendung von zu viel Dispergiermitteln mehrfache Filtrationen für die Viskositätskontrolle erforderlich machen. Bei Berücksichtigung der derzeitigen Kosten und unter der Annahme, daß in einem Falle nur ein Oxydationsmittel verwendet wird (Zugabe von Natriumhypochlorit vor der magnetischen Trennung in der Größenordnung von 0,91 kg (2 pounds)/t (ton)), während im anderen Falle das Oxydationsmittel und Dispergiermittel im Überschuß verwendet werden, betragen die zusätzlichen Kosten im letzteren Falle pro t etwa das 7-fache. Um die bei alleiniger Verwendung von Oxydationsmitteln erzielten vorteilhaften Effekte zu demonstrieren, wurden die Effekte von Natriumhypochlorit auf die Auslaughelligkeit von Tonproben untersucht, die vor der magnetischen Trennung und Auslaugung (vor-magnetische Oxydation) mit Hypochlorit behandelt worden waren. Die

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vorteilhaften Effekte auf die Helligkeit sind in der folgenden Tabelle I für Proben der in dem obigen Beispiel 1 erwähnten
Tonfraktion Nr. 2 angegeben, wobei zum Vergleich für die vormagnetische Oxydation eine "normale" Behandlung (nur eine magnetische Trennung) durchgeführt wurde und wobei in jedem Falle Oj91 kg (2 pounds)/t (ton) Natriumhypochlorit verwendet wurden. Zur Kontrolle sind auch die Daten angegeben, welche die Helligkeitsänderungen anzeigen, die mit den Proben erzielt wurden,
die nach der magnetischen Trennung aber vor dem Auslaugen

(nachmagnetische Oxydation) mit Hypochlorit behandelt t-jor« den waren. Aus dieser Tabelle geht hervor, daß bei vergleichbaren Strömungsgeschwindigkeiten (in 1 (gallons)/Minute) durch die magnetische Trennvorrichtung die vormagnetische Oxydation
zu weit besseren Ergabnissen führte.

Tabelle I

Effekt des Natriumhypochlorits auf die Helligkeit einer
Tonfraktion Nr. 2

Tonbehandlung

normal

postmagnetische Oxydation

vormagnetische Oxydation

Auslaughellig keit	S t r ömungs ge schwin- digkeit (1(gallons)/ Minute)
.89,9	59,1 (15,6)
90,2	59,1 (15,6)
91,15	59,1 (15,6)

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Die Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung, welche die Effekte auf die Auslaughelligkeit bei Zugabe von variierenden Konzentrationen des bevorzugten Oxydationsmittels KaOCl angibt. Die Grundreaktionsfolge zur Erzielung der angegebenen Daten umfaßte die Zugabe von NaOGl zu einer Aufschlämmung mit einem Feststoff gehalt von etwa 30 %, die anschließende magnetische Trennung und die übliche Auslaugung (mit ZnSJO, und Alaun). Es wurden keine zugegebenen Dispergiermittel, wie Natriumhexametaphosphat oder Natriummetasilikat verwendet. Daraus ist allgemein zu ersehen, daß dann, wenn das Oxydationsmittel allein verwendet wird, dieses zweckmäßig in einer Menge von etwa 0,23 bis etwa 1,81 kg (0,5 bis 4 pounds)/t (ton) verwendet wird, wobei eine Menge von etwa 0,91 kg (2 pounds)/t (ton) eine bevorzugte optimale Menge ist.

Wenn HaGOl allein verwendet wird, sind die vorteilhaften Effekte der Behandlung aus der Fig. 2 zu ersehen, in der die Kurve zu Beginn jenseits des Spitzenwertes ziemlich schnell abfällt, wenn die Konzentration an NaOGl zunimmt. Das Grundproblem besteht hier darin, daß das NaOCl, wenn die höheren Konzentrationen erreicht werden, beginnt, die Viskosität des wäßrigen Systems zu erhöhen, ein Phänomen, das an die Wiederausflockung erinnert. Die Folge davon ist, daß, obgleich die Freisetzungseffekte erhöht werden können, durch die höheren Viskositäten dia Wirksamkeit der magnetischen Trennung durch Verminderung der Fähiglseit der festsetzten "Verunreinigungen auf das Magnetfeld anzusprechen beschränkt wird. Die Effekte des NaOGl auf die Viskosität hängen außerdem deutlich von dem Feststoffgehalt der behandelten Aufschlämmung abο Diesen Aspekt der Erfindung zeigt die graphische Dar-

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stellung der Fig. 3,in der die Viskosität der Aufschlämmung als Funktion des Feststoffgehaltes in Prozent für eine Tonfraktion Nr. 2 aufgetragen ist. Die Kurve C ist eine Vergleichskurve, während die Kurve A die Effekte der Zugabe von 0,91 kg (2 lbs) NaOCl/1 (ton) zu den Aufschlämmungen mit variierendem Feststoffgehalt erläutert. Aus dieser Kurve ist zu ersehen, daß die Viskosität der Aufschlämmungen sehr schnell ansteigt oberhalb eines Feststoffgehaltes von etwa 30 bis 35 %. Daraus geht eindeutig hervor, daß die Behandlung mit NaOCl allein vorzugsweise auf solche Aufschlämmungen beschränkt ist, die Feststoffgehalte bis zu etwa 30 bis 35 % aufweisen.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht der wichtige Vorteil hervor, der durch Einarbeitung von Dispergiermitteln, wie z.B. des erwähnten Natriumhexametaphosphats (MSalgon¹¹)*erzielt wird. Die Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, die allgemein derjenigen der Fig. 2 ähnelt» Die darin angegebene» Kurve D zeigt die Effekte der NaOCl-Konzentrationeti auf die Helligkeit der Tonproben Nr. 2. Demgegenüber zeigt die Kurve E die resultierende Tonhelligkeit, die erzielt wird, wenn 0,91 kg (2 lbs)/t (ton) Calgon zugegeben werden. Wie in Verbindung tnit Fig. 2 angegeben, beziehen sich die genannten Daten auf eine Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 30 %. Daraus ist zu ersehen, daß durch Zugabe des Dispergiermittels der brauchbare Konzentrationsbereich des NaOCl beträchtlich ausgeweitet werden kann. Insbesondere das Calgon wickt auf die Tonkomponente so, daß die sonst steigende Viskosität des Systems herabgesetzt wird. Dieses Ergebnis wird durch die folgende Tabelle II erläutert.

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	(kg (lbs)/t)	Tabelle II
NaOCl		nicht-ausgelaugter
		Ton
		Brookfield-Viskosi
	O	tät (cP)
	(D	10
0,45	(2)	12
0,91	(4)	15
1,81	146

Brookfield-Viskosität/Calgon-Zugabe

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Die Daten der vorstehenden Tabelle II beziehen sich auf eine Aufschlämmung der Tonfraktion Nr, 2 mit einem Feststoffgehalt von 30,7 %. Die für Calgon angegebenen Daten beziehen sich auf die Zugabe von 0,45 kg (1 lbs)/t zu der Aufschlämmung nach der NaOCl-Zugabe und es sei darauf hingewiesen, daß durch den Zusatz die Viskosität in Gegenwart von 1,81 kg (4 pounds)/t NaOCl auf 10 cP herabgesetzt wurde. Aus der Fig. 3 ist die wichtige Schlußfolgerung zu ziehen (insbesonder aus der darin angegebenen Kurve B), daß dann, wenn nur 0,45 kg (1 pound)/t Galgon zu der NaOCl enthaltenden Aufschlämmung zugegeben wird, die Viskositätskurve verhältnismäßig flach bleibt bis zu ganz hohen Feststoffgehalten. Es wurde nämlich gefunden, daß durch Zugabe von 0,45 bis 0,91 kg (1 bis 2 pounds) des Natriummetahexaphosphats (Calgon)/t Ton die mit der Verwendung von NaOCl allein auftretenden Viskositätsprobleme verringert werden können, so daß eine wirksame magnetische Trennung bei Feststoffgehalten bis zu 50 bis 55 % möglich ist, was vergleichbar ist mit den Ergebnissen, die mit einer ausgsflockten Tonaufschlämmung mög-

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lieh sind. Bei Zugabe der angegebenen geringen Mengen an Calgon können bis zu etwa 3,63 kg (8 pounds) NaOGl/t mit Vorteil verwendet x^erden.

Wie auch in Verbindung mit Beispiel 1 angegeben worden ist, können die Vorteile, die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden, als von primärem Interesse angesehen werden insofern, als man durch Anwendung der vorliegenden Erfindung auf diese Weise die Produktionsgeschwindigkeitskapazität des magnetischen Trennverfahrens erhöhen kann unter Erzielung einer gewünschten Auslaughelligkeit für vergleichsweise viel höhere Strömungsgeschwindigkeiten in der Vorrichtung als sie ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Behandlung möglich sind. Die in der folgenden Tabelle III angegebenen Daten geben die Geschwindigkeiten an, bei denen die Tonfraktion Nr. 2 in einer identischen magnetischen Trennvorrichtung verarbeitet werden kann unter Erzielung einer TAPPI-Helligkeit von 90. In dieser Tabelle III wird wiederum eine sogenannte "normale" magnetische Trennbehandlung mit solchen Behandlungen verglichen, bei denen eine postraagnetische Oxydation (zur Kontrolle) und eine vormagnetische Oxydation nach den Prinzipien der Erfindung angewendet werden. Aus dieser Tabelle III ist auch zu ersehen, daß insbesondere dann, wenn eine vormagnetische Oxydation angewendet wird, viel höhere Strömungsgeschwindigkeiten möglich sind, .wobei die gleiche Auslaughelligkeit erzielt wird. Die in der Tabelle III angegebenen Strahlen stellen Durchschnittswerte darj die tatsächlichen Testdaten, aus denen diese tabellarischen Daten ermittelt wurden, sind in der Fig. 5 aufgetragen. Die Daten wurden bei Verwendung einer Aufschlämmung mit einem Fest-.

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stoff gehalt von etwa 30 % erzielt, welcher das NaOCl in Konzentrationen von 0,91 kg (2 pounds)/t zugegeben wurde. Es sei bemerkt, daß die Produktionsgeschwindigkeiten, wie sie in der folgenden Tabelle III angegeben sind, etwas irreführend sind, da sie durch den indirekten Effekt der Strömungsgeschwindigkeit auf die Aufschlämmungsfeststoffe stark beeinflußt sind. Die beobachtete Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit (bei einem Helligkeitswert von 90) bei der Oxydationsbehandlung des Tons stellt jedoch die direkte Bestätigung der vorteilhaften Effekte dar, die bei der Behandlung mit den Oxydationsmitteln gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden.

Tabelle III

Effekt des Natriumhypochlorits auf die Produktionsgeschwindigkeit der Tonfraktion Nr. 2

Tonbehandlung Ströraungsge- Produktions- Auslaug·

schwindigkeit geschwindig- hellig-

. (1 (gallons)/ keit t/Std. keit Minute)

normal 50,7 (13,4) 0,23 .90

postmagnetische 80,3 (21,2) 0,54 90 Oxydation

vormagnetische 156,7 (41,4) 1,63 90 Oxydation

In diesem Zusammenhang ist es wichtig darauf hinzuweisen, daß einige Tone, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren nicht

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leicht aufgehellt werden können, dennoch deutlich auf die erhöhte Produktionsgeschwindigkeit ansprechen. Das heißt, daß durch Anwendung der vorliegenden Erfindung die zur Erzielung eines gegebenen Helligkeitswertes erforderliehen Strömungsgeschwindigkeiten in vielen Fällen erhöht werden können (d.h. die Verweilzeit in der magnetischen Trenneinrichtung herabgesetzt werden kann), obgleich der absolute Helligkeitswert nur geringfügig erhöht wird. Es hat sich gezeigt, daß die Helligkeit bei dem Typ der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Trennvorrichtung bei höherem Wirkungsgrad der magnetischen Trennung (erhöhter Feldstärke, Verweilzeit, Packungsdichte der Trennmatrix und dgl.) eine Sättigung erreicht. Wenn man daher mit einer gut abgestimmten Trennvorrichtung arbeitet» hat jede Verbesserung der Tonbehandlung, die eine leichtere Entfernung der verfärbenden Verunreinigungen erlaubt$ einen größeren Effekt auf die zusätzliche Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit als auf die Verbesserung der Helligkeit» Es wurde festgestellt» daß eine Reihe von Tonen ßKlstiert, die bei Anwendung, der erfindungsgemäßen vormagaetiechen Trennbehandlungen beiläufige oder bescheidene Helligkeitsverbesserungen ergeben, daß jedoch alle untersuchten Tone für einen spezifischen Helligkeitswert eine -ausgeprägte Verminderung der Verweilzeit aufwiesen. Dies umfaßt natürlich auch die erhöhte Produktionsgeschwindigkeit, da letztere im umgekehrten Verhältnis zu der Verweilzeit steht«

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf spezifische bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann klar, daß diese in vielerlei Hin-

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sieht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Claims (12)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung von verfärbenden Verunreinigungen aus einem Ton durch Abtrennung von schwach magnetisch-ansprechbaren kleinen Verunreinigungspartikeln von einer die Partikel in geringer Konzentration enthaltenden wäßrigen Ton-Wasser-Auf schlämmung mit im wesentlichen nicht-magnetischen kleinen Mineralpartikeln, indem man die Aufschlämmung in einem starken Magnetfeld einer magnetischen Trennung unterwirft, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der magnetischen Trennung die Aufschlämmung mit einem chemischen Freisetzungsmittel für die aus der Aufschlämmung zu entfernenden Verunreinigungspartikel behandelt, wodurch die Verunreinigungspartikel selektiv dispergiert werden und wodurch die magnetische Trennung erleichtert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freisetzung durch Zugabe eines Oxydationsmittels vor der Durchführung der magnetischen Trennung zu der AufschXämraung bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/öder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxydationsmittel Natriumhypochlorit verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hypochlorit in Mengen von etwa 0,23 bis etwa 1,81 kg (0,5 bis 4 pounds)/t (ton) zugegeben wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hypochlorit in Mengen bis zu 0,91 kg (2 pounds)/t (ton) Ton zugegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hypochlorit in Kengen von etwa 0,23 bis e.twa 3,63 kg (0,5 bis 8 pounds)/t (ton) Ton der Aufschlämmung zugegeben wird und daß außerdem zur Herabsetzung der Viskosität der wäßrigen Aufschlämmung ein oder mehrere Dispergiermittel zugegeben wird (werden)·

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Dispergiermittel aus der Gruppe Natriummetasilikat und Natriuiahexametaphosphat verwendet werden.

8* Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 0,91 kg (2 lbs) Natriumhexametaphosphat pro t (ton) Ton und 1,81 bis 6,80 kg (4 bis 15 pounds) Natriummetasilikat in der wasserfreien Form pro t (ton) Ton zugegeben werden.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Aufschlämmung innerhalb des Bereiches von etwa 7 bis etwa 12 gehalten wird*

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispergiermittel in solchen Konzentrationen zugegeben werden, daß die Viskosität der Aufschlämmung unterhalb etwa 15 cP gehalten wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet _t daß als . Dispergiermittel Natriumhexametaphosphat in Konzentrationen von etwa 0,45 bis etwa 0,91 kg (1 bis 2 pounds) pro t (ton) Ton verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufschlämmung verwendet wird, die bis 'zu 55 % Feststoffe enthält.

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