DE2425818A1

DE2425818A1 - Verfahren zum herstellen eines waesserigen schlammes von feinzerteiltem feststoff, z.b. satinweiss

Info

Publication number: DE2425818A1
Application number: DE19742425818
Authority: DE
Inventors: John Anthony Purdey
Original assignee: English Clays Lovering Pochin Co Ltd
Current assignee: Imerys Minerals Ltd
Priority date: 1973-05-29
Filing date: 1974-05-28
Publication date: 1975-01-02
Also published as: FR2231419A1; NL7407202A; CA1032306A; FR2231419B1; IT1014233B; SE7407121L; SE396958B; US3954609A

Description

TEL. (089) 22 25 30 ■ 29 51 92 2o · Mai

Firma ENGLIGH CLAYS LOVERING POCHIN & COMPANY LIMITED, John Keay House, St.. Austeil, "Cornwall, England

Verfahren zum Herstellen eines wässerigen Schlammes von feinzerteiltem Peststoff, z.B. Satinweiß

Die Erfindung betrifft feinzerteilte Feststoffe und insbesondere, aber nicht ausschließlich, Satinweiß. Satinweiß ist ein Kalzium-Sulfoaluminat und kann dargestellt werden durch die Formel JCaO.AIpO^OCaSOh.51 HpO. Er wird unter anderem in Papier-Deckkompositionen gebraucht als ein weißes Pigment, das dem beschichteten Papier einen hohen Glanz und eine gute Druckfähigkeit verleiht. .Satinweiß, kann hergestellt werden durch Reaktion von Aluminiumsulfat mit gelöschtem Kalk. Das sich ergebende Material wird gespeichert und transportiert in Form einer feuchten Paste. Demgemäß wird in einem Verfahren zum Herstellen von Satinweiß eine konzentrierte Aluminiumsulfatlösung einer Paste aus gebranntem Kalk zugefügt, und die Materialien werden gemischt in einem Mischer von hoher Dichtigkeit. Die Menge von bei diesem Verfahren gebrauchtem V/asser ist eine solche, daß das Produkt gewonnen wird in der Form einer feuchten Paste,

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Bankhaus Morck. Finck & Co.. München, Nr. 29464 I Bankhaus H. Aufhäusor. München, Nr. 261300 Postscheck: München 20904-800

die etwa JO Gew.-% an Feststoffen enthält. Bei einem anderen Verfahren wird eine Lösung, die etwa 10 Gew.-% von Aluminiumsulfat enthält, in einen Schlamm gesprüht, der etwa 5 Gew.-% von Ka-lziumhydroxid enthält, bis die Reaktion abgeschlossen ist. Der sich ergebende Schlamm wird dann druckgefiltert, um einen feuchten Filterkuchen oder Paste zu ergeben, die 20^ 35$ an Gewicht von Feststoffen enthält. Wegen der hohen Viskosität von wässerigem Suspensionen von Satinweiß wurde nicht gefunden, daß es mit konventionellen Verfahren möglich ist, eine Paste herzustellen, die mehr als etwa 35·Gew.-% Feststoffe enthält, und das bedeutet, daß»wenn Satinweiß in dieser Form transportiert wird, es mit nahezu dem doppelten seines Gewichts mit Wasser verbunden ist.

Weißsün enthält eine große Menge von kristallisiertem Wasser und wird schnell dehydriert, wenn es mit heißer trockener Luft in Berührung kommt. Es kann getrocknet werden durch Berührung der Paste mit Luft unter genau kontrolierten Bedingungen von Temperatur und Feuchtigkeit, wie in der britischen Patentschrift 1.274.850 beschrieben ist, jedoch ist eine sorgfältige Kontrolle des Prozesses nötig und, da Satinweiß, im allgemeinen benötigt wird, um in Wasser redispersiert zu werden für die Einverleibung in eine PapierbedekEungsverbindung, bevorzugen viele Verbraucher, ein Satinweiß zu erhalten, das

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bereits im Wasser dispersiert ist.

In der britischen Patentschrift 1.250.514 ist ein Verfahren zum Entwässern von Satinweiß mittels einer Röhrenfilterpresse dargelegt, wobei ein Filterkuchen erreicht werden kann, der einen Feststoffgehalt im Bereich von etwa 50 bis etwa 80 Gew.-% hat, der fest, spröde (brüchig) und nichtklebrig ist. Jedoch obwohl der Filterkuchen im Wasser redispersierbar ist, muß das Gerät von dem Verbraucher für diesen Zweck angeschafft werden, und eine, beträchtliche Energiemenge muß aufgewendet werden zum Durchführen der Redispersion.,Es ist daher wünschenswert, einen Satinweißschlamm herzustellen, der einen Feststoffgehalt von mehr als 50 Gew.-^ hat und der in V/asser redispersiert werden kann ohne Notwendigkeit einer teueren Einrichtung von hoher Leistung oder eines Verbrauchs großer Energiemengen.

Es ist bekannt, den Feststoffgehalt einer wässerigen Feststoffsuspension zu vergrößern, zu der ein ausflockendes Agens hinzugefügt werden kann,durch wenigstens teilweises Entwässern der Feststoffsuspension und durch Hinzufügen eines ausflockenden Agens hierzu, um einen Schlamm bzw. Brei zu bilden, der einen erhöhten Feststoffgehalt hat.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines wässerigen Schlammes von feinzerteiltem Feststoff vorgesehen,

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bei dem eine Mischung, die den feinzerteilten Feststoff und Wasser enthält, entflockt wird mit einem chemischen Entflockungs-AgenSj um einen ersten wässerigen Schlamm zu bilden; bei dem der erste wässerige Schlamm entwässert wird, um einen Kuchen zu bilden, der einen verminderten Wassergehalt hat verglichen mit der besagten Paste; und bei dem der besagte Kuchen einer mechanischen Bearbeitung unterworfen wird, die wenigstens einen Zyklus des Anwendens eines Druckes auf den Kuchen und eines Abschwächens

um bzw. Wegnehmens des angewandten Druckes enthält,] einen zweiten wässerigen Schlamm des besagten feinzerteilten Feststoffes zu bilden.

Die wesentlichen Schritte des Verfahrens nach der Erfindung sind in der anliegenden diagrammatischen Zeichnung veranschaulicht _h

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist insbesondere geeignet zum Herstellen eines Satinweißschlammes und, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, ist ein Verfahren zum Herstellen eines Satinweißschlammes vorgesehen, bei dem eine Mischung_;die Satinweiß und Wasser enthält und bis zu etwa 35 Gew.~% von Feststoffen aufweist, mit einem chemischen Entflockungs-Agens entflockt wird, um einen ersten wässerigen Schlamm zu bilden; bei dem der erste wässerige Schlamm druckgefiltert wird bei einem

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Druck bei wenigstens 1,78 kg/cm (250 p.s.i.g; 1.72 χ 10 Nm ), um einen Kuchen zu bilden, der einen Peststoffgehalt von wenigstens 50 Gew.-% hat; und bei dem der Filterkuchen einer mechanischen Bearbeitung unterworfen wird, die wenigstens einen Zyklus eines Aufbringens von Druck auf den Kuchen und eines Abschwächens des aufgebrachten Drucks umfaßt, um einen zweiten wässerigen Schlamm von Satinweiß zu bilden, der einen Feststoffgehalt von wenigstens 50 Gew.-% hat.

Gewöhnlich wird die Mischung, die den feinzerteilten Feststoff, z.B. Satinweiß,und Wasser enthält, die entwässert wird, wenigstens 20„Gew.-$ Feststoff enthalten.

Das chemische Entflockungs-Agens, das aufgewendet wird, um die Mischung zu entflocken, bevor sie entwässert wird, kann z.B. sein|Kasein oder Soja-Protein in alkalischer Lösung, Natriurn-Karboxymethyl Zellulose oder wasserlösbare Salze von hydroxykarbolischen Säuren, oder kondensierte (verflüssigte) Phosphate in Kombination mit Entflockungs-Agentien von Kasein oder Soja-Protein oder Karboxyrnethyl-Zellulosearten. Jedoch die bevorzugten Arten von Entflockungs-Agens sind die wasserlöslichen Salze von (a) Poly-Acrylic-Säure, (b) Poly-Methacrylic-Säure oder (c) Kopolymere mit einem Gehalt von wenigstens J50 Molar-# einer ersten Wiederholungseinheit mit der allgemeinen Formel

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~~CHR - CR¹ ■
COOH

worin R Wasserstoff, eine.niedrigere Alkyl-Gruppe, eine Karboxylic-Säuregruppe oder eine niedrigere Alkyl-Karboxylat {C00 Alk) Gruppe und R¹ Wasserstoff oder eine niedrigere Alkyl-Gruppe und nicht mehr als 70 Molar-$ einer zweiten Wiederholungseinheit ist, welche die allgemeine Formel

CHR

I I

- CHR

"¹J.

hat, wobei R¹¹ Wasserstoff oder eine" niedrigere Alkyl-Gruppe und R^ltf Chlor, eine niedrigere Alkyl-Karboxylat ■( COO Alk) Gruppe oder eine Phenyl- oder eine Ersatz-Phenyl-Gruppe ist; und in jedem Fall sollte' die Durchschnittszahl des Molekulargewichts des Polymers oder des Kopolymers in dem Bereich von etwa 700 bis etwa 10.000 liegen. Die benötigte Menge dieser bevorzugten chemischen Entflockungs-Agentien liegt im Bereich von 1 bis 4 Gewichts-^ basierend auf dem Gewicht von trockenem feinzerteilten Feststoff, z.B. Satinweiß, jedoch wenn andere Entflockungsagentien gebraucht werden, kann es nötig sein, etwa 15 Gew,-# von Entflockungsagens zu gebrauchen basierend auf dem Gewicht von trockenem feinverteilten Feststoff.

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Die entflockte Mischung wird vorzugsweise in einem Druckfilter entwässert, z.B. in einem Röhren-Druckfilter derjenigen Art, wie er in der britischen Patentschrift 1.240.465 beschrieben ist, obwohl andere Arten von Druckfiltern benutzt werden können,z.B. der in der belgischen Patentschrift 778.891 beschriebene. Andererseits kann das Entwässern des entfLockten feinzerteilten Peststoffs z.B. in Hochgeschwindigkeits-Zentrifugal-Entwässerungsgeräten durchgeführt werden. Es ist als vorteilhaft festgestellt worden, den Druck in dem Druckfilter über eine gewisse Zeit aufrecht zu erhalten, nachdem das Abfließen von Filtrat im wesentlichen aufgehört hat; und diese Zeitdauer kann zweimal so lang wie die Zeitdauer sein, während der das Piltrat frei abfließt.

Der Wassergehalt des entwässerten·Kuchens kann weiter dadurch reduziert werden, das der Kuchen mit Luft unter genau kon-, trollierten Bedingungen der Temperatur und Feuchtigkeit in Berührung gebracht wird, wie in der britischen Patentschrift I.274.85O beschrieben.

Die mechanische Arbeit kann mit einem Brechbackenbrecher oder mit einem Teigmischer (dough mixör) des Sigma oder Z-Blatt-Typs durchgeführt werden. Wenn ein Backenbrecher benutzt wird, ist es im allgemeinen notwendig, den Kuchen durch den Brecher

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mehr als einmal hindurchgehen zu lassen. Es ist festgestellt worden, daß im allgemeinen zwei bis sechs Durchgänge ein befriedigendes Produkt ergeben. Wenn ein Teigmischer benutzt wird, ist es im allgemeinen vorteilhaft, den Kuchen einen leichten Zerquetschen zu unterwerfen vor der Behandlung in dem Teigmischer. Das leichte Zerquetschen kann in einem einzigen Arbeitsgang in einem Backenbrecher oder in einem Fingerbrecher bewirkt werden, z.B. einem Gerät, das einen Trog hat, in dessen Bodenteil ein Rost von parallelen Stangen vorhanden ist, und da.s eine oder mehrere horizontale Wellen aufweist, an denen Pinger oder strahlenförmig verlaufende Zapfen sitzen, die vorteilhaft schraubenförmig angeordnet sind, wobei die Spitzen der Finger zwischen die Stangen des Rostes ragen, so daß sie das in dem Trog befindliche Material durch den Rost drücken. Als geeigneter Abstand für die Stangen des Rostes ist ein Abstand von etwa 1j5 bis 38 mm ermittelt worden. Andere Geräte, die gebraucht werden können, sind Trogmischer, Bandmischer, Schaufelmischer, Kugel- und Stangenmühlen. Ein Kriterium kann seih, daß der Kuchen intermetierenden Scherkräften unterworfen werden sollte oder zuerst in einer und dann in einer anderen Richtung geschert werden sollte. Wenn der Kuchen einer kontinuierlichen Scherkraft in der gleichen Richtung unterworfen wird, wie es z.B. in einer Hammermühle oder in einem Rollenpfannenbrecher vorkommen kann, wird das Material an einem der bewegten oder stationären Teile des Geräts kleben bleiben, und ein Ausstoßen wird unmöglich sein.

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Die Größe der mechanischen Arbeit, die für ein spezielles Material benötigt wird, um den Kuchen in einen' Schlamm umzuwandeln, kann experimentell für jedes benutzte Gerät und das zu behandelnde Material bestimmt werden. Z.B. ist experimentell festgestellt worden, daß, um einen Kuchen aus Satinweiß in einen Brei bzw. Schlamm umzuwandeln durch mehrmaliges Hindurchgehen des Kuchens durch einen Backenbrecher, der mit etwa 400 U/ min arbeitet, die in dem Backenbrecher verbrauchte Energie zwischen etwa JO bis etwa 60 PSh je Tonne Satinweiß auf Trockengewichtsbasis ■ (auf etwa 80 bis etwa I60 Kilojoule je kg von Satinweiß auf feiner Trockengewichtsbasis) sein kann, und die verbrauchte Energie,' wenn der Kuchen einmal durch einen Badkenbrecher hindurchgeht und dann weiterverarbeitet wird in einem Teigmischer des Sigma- oder Z-Blatt-Typs, der etwa mit 100 U/min arbeitet, zwischen etwa 40 bis etwa 50 PSh je Tonne Satinwedß auf einer Trockengewichtsbasis (etwa 105 bis etwa 1J0 Kilojoule je kg von Satinweiß auf einer Trockengewichtsbasis) lag.

Nachdem der Brei bzw. Schlamm gebildet worden ist, kann er einem Umwälzen, z.B. in einem Turbinenmischer, unterworfen werden, um die Homogenität des Breies sicherzustellen.

Vorteilhaft werden die Zyklen des Anlegens eines Druckes auf den Kuchen und des Wegnehmens des angelegten Drucks bei

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einerPrequenz von bis zu etwa 20 Zyklen je Sekunde angewendet und vorzugsweise bei einer Frequenz bis zu 10 Zyklen je Sekunde.

Wenn Satinweiß-Schlamm druckgefiltert worden ist bei einem Druck von etwa 1,78 kg/cm (250 p.s.i.g.) oder mehr, ist ein Kuchen gebildet, der hart und spröde ist und der an der Oberfläche als trocken erscheint, aber es ist angenommen, daß er eine beträchtliche Menge von Wasser unter der Oberfläche in Poren des Kuchenkörpers enthält. Wenn Stücke des Kuchens der mechanischen Bearbeitung der oben beschriebenen Art uiterworfen werden (unter der Voraussetzung, daß das absorbierte Wasser ein aufgelöstes chemisches Entflockungs-Agens enthält), wird das Wasser von den Poren freigegeben und ein Schlamm wird gebildet.

Die Erfindung ist durch folgende Beispiele erläutert.

BEISPIEL I

Eine Paste von Satinweiß, die nach einem konventionellen Verfahren hergestellt ist und ^2 Gew.-% von Feststoffen enthält, wurde zuerst.entflockt durch Zugabe eines Agens von 2,2 Gew.-#, basierend auf dem Gewicht von trockenem Satinweiß, von

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einem Natrium-Polyacrylat-Entflockungs-Agens, das eine durchschnittliche Zahl des Molekulargewichts von i65O'hat. Die so" gebildete flüssige Suspension wurde dann in vier Teile geteilt, die druckgefiltert wurden in einem Röhren-Druckfilter der in der britischen Patentschrift 1.240.465 beschriebenen Art unter unterschiedlichen Bedingungen des Drucks und der Zyklenzeit. In jedem Fall wurden Filterkuchen gebildet, die hart und spröde waren. Der Feststoffgehalt jeder Filterkuchenprobe wurde gemessen und die Ergebnisse sind in der·nachfolgenden Tabelle I aufgezeigt.

TÄBELLEI

Teil	1	-	ι Druck	Zykluszeit	Gew.-%
Nr.	2	(p.s.i.	g.) (Nm" x1(r)	(Min.)	von Feststoffen
3	500	3.4	19.5	53.8
4	900	6.2	11.5	- 57.2
1200	. 8.3	13.5	58.7
I5OO	10.3	5.25	60.3

Die in der Tabelle I angegebenen Zykluszeiten enthalten je 1 min für "Nebenzeit" d.h. die aufgewendete Zeit zum öffnen ■und Schließen des Höhren-Druckfilters und zum Entfernen des

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Kuchens durch Stöße von Druckluft. Die übrige Zeit ist die Zeit zum Filtern und Auspressen des Kuchens, die in jedem Fall an-

zweimal
näherndjso lang war als die Zeit, die normalerweise zugelassen würde für den Filtrationsschritt beim Gebrauch von Röhren-Filterpressen. Mit anderen Worten: der Filtrationsschritt wurde für eine Zeit verlängert, die annähernd doppelt so lang war wie die Zeit bis zum Erreichen dessen, was gewöhnlich als "Endpunkt" betrachtet wird, der im allgemeinen als der Punkt angenommen wird, an dem das Filtrat aufgehört hat, frei abzufließen. Aber bei Satinweiß, weil dabei ein Endpunkt nicht gut definiert werden kann, wurde der Filtrationsschritt fortgesetzt, bis das Abfließen von Filtrat verlangsamt worden war auf 1 Tropfen je Sekunde oder etwa 20ml per Minute.

Jeder Teil von Filterkuchen wurde dann wiederholt durch einen Backenbrecher hindurchgeschickt, bis eine flüssige Suspension gebildet war. In jedem Fall lag die Anzahl der Durchgänge durch den Backenbrecher im Bereich von 5 bis 6. Die Flüssigkeit ssuspensionen wurden dann je 20 Min in einem Laboratoriums

Etablissements -Turbinenmischer umgewälzt, der von dem jCellier von Aix-les-Bains, Frankreich" hergestellt war, und es war kein weiteres Entflockungsagens beigegeben. Am Ende dieser Zeit wurde die Suspension durch ein Sieb "No. 100 Maschen-B.S." Sieb (nominelle .öffnung 15OyOrT.) gegossen, und es wurde festgestellt, daß in keinem Fall ein Rückstand auf dem Sieb zurückgeblieben v.-^r.

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BEISPIEL II

Ein Versuch wurde gemacht, das Experiment des Beispiels I zu wiederholen, aber ohne das Natrium-Polyacrylat-Dispergieragens im Anfangstadium zu benutzen. Die Paste von Satinweiß mit einem anfänglichen Feststoff gehalt von 52 Gew.-^ wurde mit V/asser auf einen Feststoffgehalt von 10 Gew.-% verdünnt, um sie flüssiger und pumpbarer zu machen, und wurde dann druckgefiltert, in einem Röhrendruckfilter bei einem Druck von etwa 10,07 kg/cm (1500 p.s.i. g.) und für 5*5 Min.. Der sojgebildete Kuchen war hart und spröde, und es' wurde festgestellt, daß er einen Feststoffgehalt von 66,2$ hatte. Der Kuchen wurde 6 mal durch einen Backenbrecher hindurchgegeben, aber das Resultat war mehr ein klumpiges Material als ein flüssiger Schlamm. Das klumpige Material wurde in dem Laboratoriums-Turbinenmischer behandelt für 20 Min. mit einer Zugabe von 20 Gew.-% von Wasser, basierend auf dem Anfangsgewicht des Kuchens, und 2,2 Gew.-% basierend auf dem Gewicht von trockenem Satinweiß eines Natrium-Polyacrylat-Entflockungs-Agens, und eine Flüssigkeitssuspension wurde gebildet, aber wenn diese durch ein "No.100-Maschen B.S." Sieb gegossen war nach Abschluß der Mischzeit, wurde ein Rückstand auf dem Sieb zurückgehalten, der bis etwa 10 Gew.-% des ganzen "Feststoffgehalts des Filterkuchens betrug.

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BEISPIEL III

Eine Probe¹ des Filterkuchens, der aus dem Teil No. 4 des Beispiels 1 gebildet war, wurde zunächst durch einen Backenspeicher geschickt und dann einer weiteren mechanischen Behandlung in einem Sigma-Blattmischer unterworfen. Nach 3 Min-. wurde ein gleichmäßiger Schlamm gebildet, der in einen Laboratoriums-Turbinenmischer gebracht und 20 Min. behandelt wurde. Der Schlamm wurde durch ein "No. 100 Maschen B.S." Sieb gegossen, und kein Rückstand wurde auf dem Sieb zurückgehalten«

Aus der vorangehenden Beschreibung und den Beispielen ist zu ersehen, daß viele Abweichungen der Erfindung möglich sind, ohne aus ihrem Rahmen herauszugehen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen eines wässerigen Schlammes von feinzerteiltem Feststoff, dadurch gekennzeichnet, daß eine den feinzerteilten Feststoff und Wasser enthaltende Mischung mit einem chemischen Entflockungs-Agens entflockt wird, um einen ersten wässerigen Schlamm zu bilden; bei dem der erste wässerige Schlamm entwässert wird, um einen Kuchen zu bilden, der einen reduzierten Wassergehalt hat im Vergleich zu der besagten Mischung; und bei dem der Kuchen einer mechanischen Bearbeitung unterworfen wird, die wenigstens einen Zyklus eines Aufbringens von Druck auf den Kuchen und Abschwächen bzw. Wegnehmen des aufgebrachten Druckes enthält, um einen zweiten wässerigen Schlamm des feinzerteilten Feststoffes zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feinzerteilte Feststoff Satinweiß ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zwischen etwa 20 und 55 Gew.-^ Feststoff enthält.

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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite wässerige Schlamm wenigstens etwa 50 öew.-$ Feststoffe enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Zyklen des Aufbringens eines Drucks auf den Kuchen und des Wegnehmens des aufgebrachten Drucks mit einer Frequenz von etwa 20 Zyklen je Sekunde erfordern.

6. ■ Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Zyklen des Aufbringens eines Drucks auf den Kuchen und des Wegnehmens des aufgebrachten Drucks mit einer Frequenz bi^s zu etwa 10 Zyklen je Sekunde erfolgen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kuchen zur mechanischen Bearbeitung zwei bis sechs mal durch einen Backenbrecher hindurchgeht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Bearbeitung zunächst durch Hindurchgehen des Kuchens durch einen Backenbrecher und anschließe'nd durch Behandlung des gebrochenen Kuchens in einem Teigmischer des Sigma-.oder Z-Blatt-Typs erfolgt.

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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem der Kuchen einer mechanischen Bearbeitung unterworfen worden ist, der zweite wässerige Schlamm einem RührVorgang ausgesetzt wird.

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