DE3872610T2

DE3872610T2 - Verfahren zur herstellung von feinkoernigen partikeln.

Info

Publication number: DE3872610T2
Application number: DE8888306282T
Authority: DE
Inventors: Herbert Frank Askew; Stephen Clifford Brown
Original assignee: Alcan International Ltd Canada
Current assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date: 1987-07-09
Filing date: 1988-07-08
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2008-07-09
Also published as: NO883051D0; EP0298777A3; IE882089L; NO883051L; IN171515B; BR8803484A; DE3872610D1; GB8716213D0; EP0298777A2; ZA884970B; CA1323015C; JPH01104354A; NO174282B; AU605886B2; NO174282C; ATE77974T1; IE61937B1; AU1891088A; EP0298777B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vermindern der Partikelgröße von Feststoffpartikeln und ist auf die Herstellung sehr feiner Partikel verschiedenster Feststoffe einschließlich relativ harter Feststoffe anwendbar.
Sehr feine anorganische Partikel mit einem Medianwert der Partikelgröße von 2 um oder weniger werden für verschiedene Zwecke verwendet. Eine Anwendung derartiger Partikel ist als Füllmaterial für Kunststoffzusammensetzungen, beispielsweise in gefüllten Kabelhüllenmaterialien. Die Verwendung feiner Pulver kann auch Reaktionsraten in chemischen Reaktionen beschleunigen, die ein Feststoffreagens involvieren, und das Lösen des Feststoffs beschleunigen, metallische oder keramische Pulver mit kleiner Partikelgröße werden zur Verarbeitung zu Komponenten verwendet, und einige feste Katalysatoren sind wirksamer, wenn sie eine kleine Partikelgröße aufweisen. In vielen Anwendungen kann ein überlegenes Feststoffprodukt oder ein überlegenes Verfahren erhalten werden, bei dem die Produkte verwendet werden.
Die Zerkleinerung von Feststoffpartikeln, insbesondere harter Materialien, auf eine Mikron- oder Submikrongröße wird allgemein durch eine Reibemühle, wie eine Kugelmühle, erreicht, der eine Dispersion der groben Partikel in einer Flüssigkeit (üblicherweise Wasser) zugeführt wird. Die erhaltenen gemahlenen Partikel zeigen üblicherweise eine weite Partikelgrößenverteilung, und, um eine annehmbar gleichmäßige kleine Partikelgröße zu erhalten, müssen die erhaltenen Partikel klassiert werden.
Die EP-A-0 253 635 der Anmelder beschreibt und beansprucht Aluminiumoxid-Hydrat-Partikel mit einem großen Oberflächenausmaß und einer engen Partikelgrößenverteilung, gegebenenfalls mit einem niedrigen löslichen Sodagehalt. Derartig fein zerteilte Partikel sind als Füllstoffe in Papier-, Kautschuk- und Kunststoffzusammensetzungen verwendbar, in denen sie nicht nur die mechanischen und elektrischen Eigenschaften derartiger Zusammensetzungen verbessern können, sondern auch sowohl als feuer/flammhemmendes Mittel als auch als Rauchunterdrücker wirken können. Eine zu weite Partikelgrößenverteilung kann schädliche Wirkungen auf die mechanischen Eigenschaften von gefüllten Polymeren haben, und verbleibendes Soda kann das Verhalten des Aluminiumoxid-Hydrats in vielen Anwendungen, insbesondere auf Grund von Wasseraufnahme, nachteilig beeinflussen.
Im Laufe der Entwicklung der neuen Aluminiumoxid-Hydrat- Partikel jener Erfindung wurde ein Verfahren zur Herstellung der Partikel verwendet, das eine sehr vorteilhafte Wirkung auf die Breite der Partikelgrößenverteilung zu haben schien, und es ist aus diesem Grund in der EP-A-0 253 635 als bevorzugtes Herstellungsverfahren für derartige Partikel beschrieben. Spezifisch umfaßt das bevorzugte Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid-Hydrat-Partikeln das Mahlen einer flüssigen Suspension größerer Aluminiumoxid-Hydrat-Partikel in einer Medien-Rühr- Mühle, Unterwerfen der gemahlenen Suspension einer kontinuierlichen Klassierung, um die Suspension in eine Grobfraktion mit größerer Partikelgröße und eine Feinfraktion mit kleinerer Partikelgröße zu trennen, Rückführen der Grobfraktion zum Eingang der Mühle und Rückführen der Feinfraktion zum kontinuierlichen Klassierschritt, wenn notwendig, Unterwerfen der gemahlenen Suspension einem Ionenaustausch, um den Gehalt an löslichem Soda in den Partikeln zu vermindern, und anschließendes Trocknen der Suspension.
Auf Grund der besonderen Morphologie der verwendeten groben Aluminiumoxid-Hydrat-Partikel war man der Meinung, daß dieses bestimmte Herstellungsverfahren nur auf Aluminiumoxid-Hydrat- Partikel anwendbar ist und die gleiche vorteilhafte Wirkung auf die Partikelverteilungsweite bei anderen Materialien nicht aufweisen würde. Als Ergebnis weiterer Arbeiten wurde jedoch nun gefunden, daß dieses Herstellungsverfahren Partikel mit einer zweckmäßig engen Partikelgrößenverteilung bei einem weiten Bereich unterschiedlicher Materialien ergibt.
Weiters ist in der EP-A-0 253 635 kein bestimmtes Klassiersystem oder keine bestimmte Einrichtung beschrieben. Es wurde nun festgestellt, daß das Herstellungsverfahren der EP-A-0 253 635 insbesondere für Klassiereinrichtungen geeignet ist, die eine niedrige Trenneffizienz aufweisen, insbesondere Hydrozyklone.
Es ist bekannt, daß Hydrozyklone eine Suspension gemahlener Partikel in eine Grobfraktion und eine Feinfraktion trennen, es war jedoch bisher nicht möglich, in einem einzigen Durchlauf durch die Klassiereinrichtung eine zufriedenstellende Partikelgrößentrennung für Partikel zu erhalten, die kleiner als 2 oder 3 um sind. Es war notwendig, die Suspension durch eine Reihe von Klassiereinrichtungen zu führen, was zu einem ineffizienten Verfahren mit sehr schlechter Ausbeute führt. Außerdem besagt die herkömmliche Theorie, daß Hydrozyklone eine niedrige Trennkapazität für Partikel von weniger als 4 um aufweisen, insbesondere bei Verwendung relativ hoher Aufschlämmungsbeladungen.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß eine sehr wirksame Trennung von Partikeln mit einem Medianwert der Partikelgröße von 2 um oder weniger von Partikeln mit einem größeren Medianwert der Partikelgröße und eine hohe Gesamtausbeute durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, das für seine Durchführung nur einer einzigen Mühle und einer einzigen Klassiereinrichtung bedarf, obwohl, wenn gewünscht, mehr als eine Mühle und/oder Klassiereinrichtung verwendet werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Feststoffpartikeln mit vermindertem Medianwert der Partikelgröße, außer dem in der EP-A-0 245 635 beanspruchten Aluminiumoxid-Hydrat, geschaffen, welches Verfahren das Mahlen einer flüssigen Suspension von Feststoffpartikeln in einer Medien-Rühr-Mühle, Pumpen der gemahlenen Suspension durch eine Partikelgrößen-Klassiereinrichtung, um die Aufschlämmung in eine Grobfraktion und eine Feinfraktion zu trennen, wobei die Partikel der Grobfraktion einen größeren Medianwert der Partikelgröße haben als die Partikel der Feinfraktion, Rückführen der Grobfraktion aus der Partikelgrößen-Klassiereinrichtung zum Eingang der Mühle und Rückführen der Feinfraktion, indem diese zur Klassiereinrichtung gepumpt wird, beinhaltet, wobei das Rückführen der beiden, groben und feinen Fraktionen fortgesetzt wird, bis Feststoffpartikel mit der gewünschten verminderten Partikelgröße hergestellt sind.
Die Medien-Rühr-Mühle kann von einem bekannten Typ sein und eine Medien-Rühr-Mühle sein, in der das Mahlmedium, wie Keramikkugeln oder -stäbe typischerweise mit einer Größe von 0,5 bis 3,0 mm, durch eine sich drehende Welle gerührt wird. Die Welle kann mit Rührscheiben versehen sein. Alternativ dazu kann die Mühle eine Vibrationsenergiemühle sein, in der das Mahlmedium durch heftige Bewegung der Mahlkammer bewegt wird. In allen Fällen vermindert das Mahlmedium die mittlere Partikelgröße des Feststoffs durch Abreibung. Die Mühle ist vorzugsweise von einem Typ, der einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht, in dem die Aufschlämmung kontinuierlich in die Mühle eingebracht, allgemein unter Druck in die Mühle gepumpt, und an einer oder mehreren Stellen kontinuierlich entfernt werden kann.
Die verwendete Klassiereinrichtung kann eine kontinuierliche Zentrifugeneinrichtung oder ein Hydrozyklon sein, die eine Partikelgrößenklassierung des in der Aufschlämmung suspendierten Feststoffs ermöglichen. Ein geeigneter Hydrozyklon weist typischerweise einen maximalen Innendurchmesser von bis zu 10 cm auf.
Die Konzentration des Feststoffs in der Aufschlämmung kann stark variieren und liegt normalerweise im Bereich von 5 bis 65 Gew.%, vorzugsweise 35 bis 50 Gew.%. Die bevorzugte Konzentration ist im allgemeinen von der Verwendung abhängig, der die gemahlene Aufschlämmung zugeführt werden soll. Eine hohe Konzentration ist normalerweise vorteilhaft, wenn die Aufschlämmung zur Herstellung eines Feststoffs getrocknet werden soll. Ein Viskositätsmodifikator kann, wenn gewünscht, zugesetzt werden.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren werden die aus der Mühle ausgetragene gemahlene Suspension und die aus der Klassiereinrichtung ausgetragene Feinfraktion beide einem Behälter zum Aufnehmen des gewünschten gemahlenen Produkts zugeleitet, und wird der Inhalt des Behälters durch eine zwischen dem Behälter und der Klassiereinrichtung vorgesehene Pumpe zum Einlaß der Klassiereinrichtung rückgeführt. In dieser Ausführungsform kann die Suspension aus einem Sammelbehälter für die anfängliche ungemahlene Suspension gepumpt, bei einem typischen Druck von bis zu 1'38 bar (20 psi) in die Mühle geführt und zum Behälter ausgetragen werden, wo sie nicht unter Druck steht. Wenn ein Hydrozyklon verwendet wird, kann die zwischen dem Behälter und dem Hydrozyklon vorgesehene Pumpe den Inhalt des Behälters dem Hydrozyklon bei einem typischen Druck von 3'45 bar (50 psi) zuleiten. Die Grobfraktion wird zum Sammelbehälter für Ausgangsmaterial und die Feinfraktion zum Behälter bei einem Manometerdruck von im wesentlichen Null ausgetragen. Da die Suspension wiederholt im Kreislauf durch die Vorrichtung geführt wird, wird der Medianwert der mittleren Partikelgröße der im Behälter erhaltenen Partikel vermindert und werden die größeren Partikel durch Abreibung eliminiert, so daß die Suspension nach einem bestimmten Zeitraum eine im wesentlichen gleichmäßige Partikelgröße aufweisen kann, die sehr klein ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die aus der Mühle ausgetragene Suspension nicht dem Endbehälter für das Produkt, sondern einem dazwischen angeordneten Speicherbehälter zugeführt, und wird der Inhalt des Speicherbehälters zur Klassiereinrichtung gepumpt, von welcher die Grobfraktion rückgeführt wird, um erneut durch die Mühle geführt zu werden, und wird die Feinfraktion in den Behälter abgegeben. Die Feinfraktion vom Behälter wird, beispielsweise durch Pumpen, zum Speicherbehälter gebracht, so daß die Feinfraktion zusammen mit der aus der Mühle ausgetragenen Suspension im Kreislauf durch die Klassiereinrichtung geführt wird. Die Steuerung des Verfahrens dieser Ausführungsform ist komplexer als für die oben beschriebene Ausführungsform, die Effizienz des Verfahrens ist jedoch größer, da nur die Feinfraktion von der Klassiereinrichtung dem Behälter zugeführt wird, in dem sich die gewünschte Suspension von fein zerteiltem Produkt schließlich sammelt.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Suspension, anstatt die zu behandelnde Suspension durch die Mühle unter einem Überdruck zu pumpen, durch eine zwischen der Mühle und der Klassiereinrichtung angeordnete Pumpe durch die Mühle angesaugt, wobei die Pumpe die gemahlene Suspension von der Mühle der Klassiereinrichtung unter einem Überdruck zuführt. Bei dieser Anordnung kann die Pumpe die gemahlene Suspension beim gewünschten relativ hohen Druck, typischerweise 3'45 bar (50 psi), einem Hydrozyklon zuführen, und der Druckunterschied durch die Mühle kann sich dem Atmosphärendruck 1 bar (etwa 15 psi) nähern, der ausreichend sein kann, um einen effizienten Betrieb der Mühle zu ermöglichen. Die Grobfraktion von der Klassiereinrichtung wird erneut rückgeführt, um durch die Mühle geleitet zu werden, und die zum Behälter ausgetragene Feinfraktion kann zur Zufuhrleitung für die Klassiereinrichtung an einer Stelle zwischen der Mühle und der Pumpe zurückgeführt werden, so daß die Pumpe auch die Suspension vom Behälter ansaugt. Bei dieser Variante ist nur eine Pumpe zum Betrieb des Verfahrens erforderlich. In einer Variante dieser Ausführungsform ist eine weitere Pumpe vorgesehen, um die Feinfraktion vom Behälter zur Zufuhrleitung der Klassiereinrichtung zu pumpen, wobei die Feinfraktion vom Behälter der Zufuhrleitung der Klassiereinrichtung an einer Stelle zwischen der Klassiereinrichtung und der die Suspension von der Mühle zur Einrichtung zuführenden Pumpe zugeleitet wird. In dieser Variante kann die Effizienz der Mühle gesteigert werden, da die Pumpe, die die Suspension durch diese ansaugt, nicht die zusätzliche Funktion des Ansaugens der Feinfraktjon aus dem Behälter hat.
Die im Verfahren der Erfindung verwendete Mühle kann eine Kugelmühle vom bekannten "Eiger"-Typ sein, die mit Zirkonoxidkugeln mit einem Durchmesser von 0,8 mm beladen ist. Die Klassiereinrichtung kann ein Hydrozyklon vom bekannten Typ, wie der "Mozley"-Hydrozyklon, sein.
Verfahren zur Verminderung des Medianwertes der Partikelgröße von Partikeln gemäß bestimmten Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig.1 ein Flußdiagramm ist, das ein bekanntes Verfahren zeigt;
Fig.2 bis 5 Flußdiagramme von erfindungsgemäßen Verfahren sind; und
Fig.6 eine Darstellung einer Kugelmühle ist, die in der Erfindung verwendet werden kann.
In der bekannten Anordnung von Fig.1 wird eine flüssige Aufschlämmung von zu behandelnden Partikeln von einem Sammelbehälter 1 einer Kugelmühle 3 zugeführt, die die Aufschlämmung zerkleinert und die zerkleinerte Aufschlämmung einem Hydrozyklon 4 zuleitet, der sie in eine grobe und eine feine Fraktion trennt. Die Grobfraktion wird durch die Leitung 5 zum Behälter 1 zum Rückführen durch die Mühle und den Hydrozyklon zurückgeleitet, und die Feinfraktion wird durch die Leitung 6 dem Behälter 7 zugeführt.
Es wird gefunden, daß man durch das Verfahren von Fig.1 keine Feinfraktion mit einer sehr geringen mittleren Partikelgröße erzeugen kann, da die dem Behälter 7 zugeführte Aufschlämmung weiterhin einen hohen Anteil von relativ groben Partikeln aufweist. Wenn eine Aufschlämmung von Feststoffpartikeln in dieser Anordnung behandelt wird, wurde nicht gefunden, daß es möglich sei, eine Feinfraktion mit einem Medianwert der Partikelgröße von 2 um oder weniger zu erhalten.
In der Anordnung von Fig.2 wird die die Feststoffpartikel enthaltende Aufschlämmung von einem Sammelbehälter 11 einer Pumpe 12 zugeleitet, die die Aufschlämmung bei einem Druck von bis zu 1'38 bar (20 psi) dem Eingang der Kugelmühle 13 zuführt, die von dem Typ ist, der nachstehend mit Bezugnahme auf Fig.6 beschrieben wird. Die Aufschlämmung wird in der Mühle zerkleinert und dem Behälter 14 zugeleitet.
Dann wird die Aufschlämmung im Behälter 14 einer Pumpe 15 zugeleitet, die sie bei einem Druck von etwa 3'45 bar (50 psi) dem Hydrozyklon 16 zuführt, der die Aufschlämmung in eine Grobfraktion, die durch die Leitung 17 zum Behälter 11 zurückgeleitet wird, und eine Feinfraktion trennt, die durch die Leitung 18 zum Behälter 14 befördert wird.
Wenn die Ausführungsform von Fig.2 verwendet wird, wird eine Hälfte einer Charge der Aufschlämmung dem Sammelbehälter 11 und die andere Hälfte dem Behälter 14 zugeführt, und die Pumpen, die Mühle und der Hydrozyklon werden betrieben, bis der Medianwert der Partikelgröße der Produktcharge, die sich im Behälter 14 sammelt, den gewünschten Wert aufweist.
Durch das mit Bezugnahme auf Fig.2 beschriebene Verfahren kann die Mühle unter vorteilhaften Zerkleinerungsbedingungen betrieben werden, d.h. mit einer Aufschlämmung mit einem relativ hohen Feststoffgehalt (bis zu 65 Gew.%) und einer hohen Flußrate. Die Aufschlämmung wird der Mühle unter einem Überdruck zugeführt. Die Flußrate wird leicht durch Einstellen der Betriebsgeschwindigkeit der Pumpe 12 eingestellt, so daß die Flußrate der Aufschlämmung durch die Mühle an die Anforderungen des Hydrozyklons angepaßt wird. Die Pumpe 15 kann einfach zum Aufrechterhalten des Zufuhrdrucks für den Hydrozyklon 15 verwendet werden; so wird das Verfahren durch Einstellen der Pumpe 12 in Übereinstimmung mit den jeweiligen Niveaus der Aufschlämmung im Sammelbehälter 11 und im Behälter 14 leicht gesteuert. Beim Betrieb mit einer wässerigen Aufschlämmung von Feststoffpartikeln können durch das Verfahren Partikel mit einem Medianwert der Partikelgröße von 0,3 um oder weniger erhalten werden, wobei nur eine Mühle und nur ein Hydrozyklon verwendet werden.
Das in Fig.3 veranschaulichte Verfahren ist ähnlich jenem von Fig.2, und gemeinsame Komponenten sind durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Die Pumpe 12, die Mühle 13, die Pumpe 15 und der Hydrozyklon 16 arbeiten auf die gleiche Weise wie in Fig.2, und die Grobfraktion vom Hydrozyklon wird durch die Leitung 17 wieder zum Sammelbehälter 11 rückgeführt, wobei die Feinfraktion durch die Leitung 18 dem Behälter 14 zugeführt wird. In dieser Anordnung wird der Ausstoß der Aufschlämmung aus der Mühle 13 jedoch nicht dem Behälter 14, sondern einem Speicherbehälter 20 zugeführt, von dem sie durch die Pumpe 15 dem Hydrozyklon 16 zugeleitet wird, und eine weitere Pumpe 21 führt die Feinfraktion vom Behälter 14 zum Speicherbehälter 20 zurück.
Diese Anordnung ist insofern komplexer als jene von Fig.2, als ein zusätzlicher Behälter (Speicherbehälter 20) erforderlich ist und eine zusätzliche Pumpe (21) zum Transfer der Feinfraktion vom Behälter 14 zum Speicherbehälter 20 benötigt wird. Die Effizienz dieser Ausführungsform ist jedoch verhältnismäßig größer, da die Grobfraktion von der Mühle 13 dem Hydrozyklon 16 zugeführt wird, ohne durch den Behälter 14, der die Feinfraktion aufnimmt, hindurchzugehen.
Fig.4 zeigte eine Anordnung, in der nur eine Pumpe erforderlich ist. In diesem Fall wird die Aufschlämmung vom Sammelbehälter 11 wiederum der Kugelmühle 13 zugeführt und geht von der Mühle 13 zum Hydrozyklon 16, der sie in eine Grobfraktion, die durch die Leitung 17 zum Sammelbehälter 11 zurückgeführt wird, und eine Feinfraktion trennt, die durch die Leitung 18 zum Behälter 14 befördert wird. In diesem Fall führt jedoch eine einzige Pumpe 20 die Aufschlämmung bei einem Druck von etwa 3'45 bar (50 psi) dem Hydrozyklon 16 zu und saugt auch die Aufschlämmung durch die Mühle 13 ab. Der die Aufschlämmung durch die Mühle 13 treibende Druckunterschied wird so durch den Sog der Pumpe 20 erzeugt, und er kann im wesentlichen Atmosphärendruck, d.h. 1 bar (etwa 15 psi), entsprechen. Wenn ein höherer Eingangsdruck für die Mühle 13 erforderlich ist, kann der Sammelbehälter 11 ein geschlossener Tank und der Tank druckbeaufschlagt sein. In dieser Anordnung wird die aus dem Behälter 14 ausgetragene Aufschlämmung durch die Leitung 21 zu einer Stelle zwischen der Mühle 13 und der Pumpe 20 rückgeführt und die Aufschlämmung durch die Leitung 21 durch den Sog der Pumpe 20 abgezogen. Ein Ventil 22 ist in die Leitung 21 zum Steuern der Rückführrate der Aufschlämmung vom Behälter eingesetzt, und das Verfahren wird durch Einstellen der Pumpe 20 und des Ventils 22 nach Bedarf gesteuert.
Fig.5 zeigt eine Variante des Verfahrens von Fig.4. In dieser Variante wird die Aufschlämmung wiederum durch die Mühle angesaugt und dem Hydrozyklon 16 durch die Pumpe 20 zugeleitet, wobei die Grobfraktion wieder durch die Leitung 17 rückgeführt und die Feinfraktion der Aufschlämmung vom Behälter 14 zum Hydrozyklon 16 rückgeführt wird. In diesem Fall führt jedoch die Leitung 21 die Feinfraktion zu einer Stelle zwischen der Pumpe 20 und dem Hydrozyklon 16 zurück und wird von einer in der Leitung 21 vorgesehenen weiteren Pumpe 23 getrieben. Die Pumpe 23 führt die rückgeführte Feinfraktion dem Hydrozyklon 16 mit einem Druck von etwa 3'45 bar (50 psi) zu, und das Verfahren wird durch Einstellen beider Pumpen 20 und 23 gesteuert. Diese Variante ermöglicht es, daß die Pumpe 20 die Aufschlämmung aus dem Sammelbehälter 11 durch die Mühle 13 wirksamer ansaugt.
In allen Anordnungen der Fig.3, 4 und 5 wurde das gesamte im Behälter 14 vorliegende Material zumindest einmal und in der Praxis häufig viele hundert Male durch den Hydrozyklon geführt, wodurch die Gesamteffizienz des Verfahrens gesteigert wird. Zu Beginn wird die zu behandelnde Suspension im allgemeinen gleichmäßig zwischen den verschiedenen Sammelbehältern und Behältern aufgeteilt.
Ein Typ einer Reibemühle, die verwendet werden kann, ist die schematisch in Fig.6 gezeigte "Eiger"-Kugelmühle. Die Mühle umfaßt ein rohrförmiges Gefäß 31, das einen Rührer 32 mit sich radial von einer Welle erstreckenden Schaufeln enthält, der durch einen Motor 33 gedreht wird. Das Gefäß enthält ein Sieb 34, um eine Abgabe grober, übergroßer Partikel aus der Mühle zu verhindern, und das Gefäß beinhaltet rund um den Rührer 32 Kügelchen aus hartem Material, die die flüssige Suspension zerkleinern. Die Suspension wird am Einlaß 35 in die Mühle eingebracht, geht durch die Mühle hindurch und wird bei 36 ausgetragen, nachdem sie durch das Sieb 34 geführt wurde.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß, wenn eine Aufschlämmung gemahlen und durch die oben beschriebenen Verfahren klassiert wird, die Klassiereinrichtung eine Feinfraktion mit enger Partikelgrößenverteilung bis zu einer sehr kleinen mittleren Partikelgröße, 0,4 um oder weniger, ergeben kann. Mit bisher bekannten Mahl- und Klassierverfahren ergibt eine Hydrozyklon- Klassiereinrichtung keine verwendbare Trennung von Partikelgrößenfraktionen bei derartig kleinen Partikelgrößen.
Die Erfindung kann bei verschiedensten Feststoffen angewendet werden, die mit einem weiten Bereich von Flüssigkeiten aufgeschlämmt werden können. Feststoffe, die gemahlen werden können, schließen Eisenoxid, Talk, Siliziumoxid und andere Mineralien, wie Kreide, Zinkoxid, Boroxid, Borax, Zinkborat, Pigmente, Ruß, verschiedene Metalle, feste organische Verbindungen, z.B. Terephthalsäure, und Mischungen hievon ein. Die Flüssigkeit kann aus Wasser, flüchtigen nicht-wässerigen Flüssigkeiten, wie Kohlenwasserstoffen, Tetrahydrofuran, Dioxan, Alkoholen und Estern sowie nicht-flüchtigen Lösungsmitteln, wie Phthalaten, Polyvinylchlorid-Plastisolen und Wachsen, ausgewählt werden. Nicht-flüchtige Flüssigkeiten können verwendet werden, wenn die Aufschlämmung anschließend in flüssiger Form ohne Trocknen zu verwenden ist, beispielsweise als Plastisole oder in bestimmten pharmazeutischen Zubereitungen. Die Aufschlämmung kann ein oder mehrere Additive zur Erleichterung des Mahlens, wie ein Dispergiermittel, oder zur Erleichterung späterer Verarbeitung, beispielsweise ein Stearat, das einen Überzug auf den Partikeln bildet, enthalten.
Mögliche Anwendungen für den gemahlenen Feststoff sind keramische Materialien, Katalysatoren, Kunststoffüllmittel, feuer/flammhemmende Mittel, Rauchunterdrücker und die Pulvermetallurgie.
In den oben erwähnten Verfahren kann die Klassiereinrichtung kontinuierlich oder intermittierend, um einen quasi-kontinuierlichen Betrieb zu erhalten, betrieben werden, um den Fluß der Grobfraktion der Klassiereinrichtung mit dem Mühleneingang auszugleichen. Das gesamte Verfahren wird im allgemeinen als Chargenverfahren betrieben, d.h. mit 100 % Rückführung der beiden, sowohl groben als auch feinen Fraktionen, da allgemein die Effizienz der Trenneinrichtung für einen kontinuierlichen Betrieb zu gering ist, um Partikel mit der gewünschten mittleren Partikelgröße und Breite der Partikelgrößenverteilung zu ergeben.
Das Verfahren der Erfindung kann in einem Temperaturbereich gemäß der Beschaffenheit des verarbeiteten Feststoffs und/oder der Flüssigkeit betrieben werden. Eine Betriebstemperatur bis -20ºC ist im allgemeinen durchführbar.

Beispiel 1:

49,5 kg Zinkborat (kristalline Form 2335), erhältlich von U.S.Borax, wurden in 150 l Wasser dispergiert. Dieses Material hat einen Medianwert der Partikelgröße von 6 um. Es wurde gemäß dem bevorzugten Verfahren dieser Erfindung, wie schematisch in Fig.2 gezeigt, 3 h lang bearbeitet. Die Zerkleinerungseinrichtung war eine "Eiger"-Kugelmühle mit einer Kapazität von 20 l und die Klassiereinrichtung ein "Mozley"-Hydrozyklon mit einem Nenndurchmesser von 5,08 cm (2 Zoll).
Nach 3 h wurde das dem Behälter 14 entnommene Produkt analysiert, wobei das "Malvern"-Laserphotonenkorrelationsphotometer verwendet wurde, und es wurde gefunden, daß es einen Medianwert der Partikelgröße von 0,28 um und eine Polydispersität von 0,23 aufwies.
Die Polydispersität kann auf verschiedene Weise gemessen werden, für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird sie auf Basis einer Lichtstreuanalysetechnik unter Verwendung von Photonenkorrelationsspektroskopen, hergestellt von Malvern Instruments Limited in Malvern, England, bestimmt.
Weitere Informationen über Polydispersität sind in der Literaturstelle "The Coulter Nano-Sizer", veröffentlicht von Coulter Electronics Limited, Januar 1980, zu finden.

Beispiel 2:

50 kg Terephthalsäure, erhältlich von ICI, wurde in 100 l Wasser dispergiert und wie im obigen Beispiel 1 während insgesamt 15 h gemahlen. Um eine Arbeitsviskosität während des Zerkleinerns aufrechtzuerhalten, wurden weitere 400 l Wasser in Intervallen während der 15 h zusammen mit 2 l "Teepol", einem oberflächenaktiven Mittel erhältlich von Shell, zugesetzt. Das eingespeiste Material hatte vor dem Zerkleinern eine spezifische Oberfläche von 0,18 m²/g, bestimmt durch das Standard-Strohlein- Verfahren, wie in "Particle Size Measurement", S.390, Terence Allen, Chapman and Hall Ltd., 1975, beschrieben, einen Medianwert der Partikelgröße von 83 um, wie durch den Coulter-Zähler bestimmt, und einen Partikelgrößenmodus von 90 um, wie durch den Coulter-Zähler bestimmt. Nach Beendigung des Zerkleinerns hatte das dem Behälter 14 entnommene Produkt eine Oberfläche von 3,9 m²/g, einen Medianwert der Partikelgröße von weniger als 1,2 um und einen Partikelgrößenmodus von 1,1 um, wie durch die gleichen Verfahren bestimmt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Feststoffpartikeln mit vermindertem Medianwert der Partikelgröße, außer dem in EP-A-0 245 635 beanspruchten Aluminiumoxid-Hydrat, welches Verfahren das Mahlen einer flüssigen Suspension von Feststoffpartikeln in einer Medien-Rühr-Mühle, Pumpen der gemahlenen Suspension durch eine Partikelgrößen-Klassiereinrichtung, um die Aufschlämmung in eine Grobfraktion und eine Feinfraktion zu trennen, wobei die Partikel der Grobfraktion einen größeren Medianwert der Partikelgröße haben als die Partikel der Feinfraktion, Rückführen der Grobfraktion aus der Partikelgrößen-Klassiereinrichtung zum Eingang der Mühle und Rückführen der Feinfraktion, indem diese zur Klassiereinrichtung gepumpt wird, beinhaltet, wobei das Rückführen der beiden, groben und feinen Fraktionen fortgesetzt wird, bis Feststoffpartikel mit der gewünschten verminderten Partikelgröße hergestellt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgrößen-Klassiereinrichtung einen Hydrozyklon enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemahlene Suspension und Feinfraktion kontinuierlich zur Partikelgrößen-Klassiereinrichtung gepumpt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemahlene Suspension und Feinfraktion während intermittierender Zeitabschnitte zur Partikelgrößen-Klassiereinrichtung gepumpt werden, in der Weise, daß während eines Zeitabschnittes der Fluß der Grobfraktion der Klassiereinrichtung den Fluß durch die Mühle ausgleicht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Mühle ausgetragene gemahlene Suspension und die aus der Klassiereinrichtung ausgetragene Feinfraktion beide einem Behälter zugeleitet werden und der Inhalt des Behälters zum Einlaß der Klassiereinrichtung gepumpt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Mühle ausgetragene gemahlene Suspension einem Speicherbehälter zugeleitet wird, daß die von der Klassiereinrichtung ausgetragene Feinfraktion einem Behälter zugeführt wird, daß der Inhalt des Behälters einem Speicherbehälter zugeleitet wird, und daß der Inhalt des Speicherbehälters zum Einlaß der Klassiereinrichtung gepumpt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Mühle ausgetragene gemahlene Suspension durch eine zwischen der Mühle und der Klassiereinrichtung vorgesehene Pumpe zur Klassiereinrichtung gepumpt wird, daß durch diese Pumpe die Suspension durch die Mühle angesaugt wird, daß die von der Klassiereinrichtung ausgetragene Feinfraktion einem Behälter zugeleitet wird und daß der Behälterinhalt zu einer zwischen der Mühle und der Pumpe liegenden Stelle angesaugt wird, um im Kreislauf durch die Klassiereinrichtung geführt zu werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Mühle ausgetragene gemahlene Suspension durch eine zwischen der Mühle und der Klassiereinrichtung vorgesehene erste Pumpe zur Klassiereinrichtung gepumpt wird, daß die Suspension von der ersten Pumpe durch die Mühle angesaugt wird, daß die von der Klassiereinrichtung ausgetragene Feinfraktion einem Behälter zugeleitet wird und der Inhalt des Behälters durch eine zweite Pumpe zu einer Stelle zwischen der ersten Pumpe und der Klassiereinrichtung gepumpt wird, um im Kreislauf durch letztere geführt zu werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung 5 bis 65 Gew.% Feststoff enthält.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung 35 bis 50 Gew.% Feststoff enthält.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Klassiereinrichtung benützt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Mühle benützt wird.