DE60310964T2

DE60310964T2 - Zerkleinerungsverfahren für anorganisches partikelförmiges material

Info

Publication number: DE60310964T2
Application number: DE60310964T
Authority: DE
Inventors: Claude John HUSBAND; V. Nigel JARVIS; Charles Desmond PAYTON; Robert David SKUSE
Original assignee: Imerys Minerals Ltd
Current assignee: Imerys Minerals Ltd
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2023-09-13
Also published as: CN1681895A; DK1546268T3; DE60310964D1; US20060106118A1; US20100219269A1; CN1312231C; JP2005539124A; ES2277107T3; GB0221632D0; WO2004026973A1; US7938346B2; CA2494195A1; EP1546268A1; BR0314293A; EP1546268B1; ATE350423T1; AU2003269130A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mahlen einer wässrigen Suspension eines anorganischen Teilchenmaterials und dadurch hergestellte Produkte.
Stand der Technik
Wässrige Suspensionen, die anorganisches Teilchenmaterial, beispielsweise ein Erdalkalimetall-(beispielsweise Calcium-)-Carbonat oder Kaolin, enthalten, werden weithin bei einer Reihe von Anwendungen verwendet. Diese umfassen beispielsweise die Produktion von pigment- oder füllstoffhaltigen Zusammensetzungen, die bei der Papierherstellung oder Papierbeschichtung verwendet werden können, und die Herstellung gefüllter Zusammensetzungen für Farben, Kunststoffe und dergleichen.
Das anorganische Teilchenmaterial hat gewöhnlich eine bekannte Partikelgrößenverteilung (psd), die von dem vorgesehenen Endgebrauch auf dem Fachmann bekannte Weise bestimmt wird. Die erforderliche psd wird gewöhnlich durch ein Verfahren erhalten, das das Mahlen des anorganischen Teilchenmaterials in einer wässrigen Suspension umfasst. Die Suspension kann einen hohen (beispielsweise über etwa 50 Gewichtsprozent) oder niedrigen (beispielsweise unter etwa 50 Gewichtsprozent) Gehalt an anorganischem Teilchenmaterial aufweisen.
Hat die wässrige Suspension einen hohen Feststoffgehalt, muss man das anorganische Teilchenmaterial dispergieren, wobei eine effektive Menge eines Dispergier- oder Entflockungsmittels (Dispersionsmittels) verwendet wird. Ein Mahlen bei hohem Feststoffgehalt erzeugt gewöhnlich einen relativ hohen Anteil an ultrafeinen Teilchen (beispielsweise mit einem Kugeläquivalenzdurchmesser von weniger als etwa 0,25 μm). Zur Aufrechterhaltung einer annehmbar niedrigen Viskosität der Suspension muss man entweder relativ hohe Mengen an üblichen Dispersionsmitteln oder niedrigere Mengen an spezialisierten, und somit relativ teuren Dispersionsmitteln, verwenden. WO-A-0148093 betrifft die Verwendung von Homopolymeren und/oder wasserlöslichen Copolymeren von Acrylsäure mit einem oder mehreren Acryl-, Vinyl- oder Allylmonomeren als Dispersionsmittel für wässrige Suspensionen.
Hat die wässrige Suspension einen niedrigen Feststoffgehalt, kann ein Dispersionsmittel weggelassen werden. Dies ermöglicht, dass die Suspension kostengünstig entwässert wird, jedoch können später Probleme beim Mischen des Dispersionsmittels in die Suspension auftreten.
Man möchte oft ein Produkt mit einer "steilen" psd herstellen, was bedeutet, dass ein großer Anteil der Teilchen in einem schmalen Größenbereich ist. Der Begriff "steile" psd, wie er hier verwendet wird, steht für einen Steilheitsfaktor über etwa 35, insbesondere über etwa 40, wobei der Steilheitsfaktor definiert ist als das Verhältnis des d₃₀-Kugeläquivalenzdurchmessers (bei dem 30 Gewichtsprozent der Teilchen feiner sind) zum d₇₀-Kugeläquivalenzdurchmesser (bei dem 70 Gewichtsprozent der Teilchen feiner sind), multipliziert mit 100.
Zur Gewinnung dieser gewünschten Steilheit ist es gängige Praxis, die wässrige Suspension bei niedrigen Feststoffgehalten zu mahlen, damit die Bildung ultrafeiner Teilchen minimiert wird. Man möchte zudem die Mahlstufe ohne jegliches Dispersionsmittel durchführen, damit ein ausgeflockter oder aggregierter Zustand erhalten bleibt, so dass die anschließende ausflockende Entwässerung erleichtert wird. In einigen Fällen werden effektive Mengen an spezialisierten Dispersionsmitteln zu der entwässerten Suspension mit relativ hohem Feststoffgehalt gegeben, damit die Ausflockung minimiert wird und eine brauchbare Viskosität zur Handhabung in dieser Stufe bereitgestellt wird. Das an der Entwässerungsstufe entfernte Wasser wird zudem üblicherweise zurückgeführt, so dass man die frische Beschickung verdünnt. Es kann aber eine Reihe von Problemen auftreten. So kann es beispielsweise zu einem signifikanten Verlust des Weißgrades (Verfärbung) aufgrund von Korrosionsprodukten (beispielsweise Korrosionsprodukten auf Eisenbasis) aus der Systemleitung und der Ausrüstung kommen. Die üblichen Helligkeitswerte können um etwa 2 bis 3 ISO-Einheiten verringert werden, wobei die Vergilbungswerte um etwa 1 bis 2 Einheiten vergrößert werden. Diese Verfärbung wird möglicherweise bei dem Verfahren mit niedrigem Feststoffgehalt erschwert, weil das zurückgeführte Wasser relativ stark mit Sauerstoff angereichert wird. Darüber hinaus lassen sich die Dispersionsmittel in effektiven Mengen bei Stufen mit hohen Feststoffgehalten schwerlich einbringen. Zudem kann die Verwendung spezialisierter Dispersionsmittel zu Materialien führen, die dann in Gemischen mit Materialien, wie u.a. herkömmlichen Dispersionsmitteln, wie Polyacrylaten, nicht kompatibel sind.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt zudem, zumindest einen gewissen Weg zur Bewältigung der vorstehenden Probleme einzuschlagen oder zumindest ein brauchbares alternatives Verfahren zum Mahlen einer wässrigen Suspension eines anorganischen teilchenförmigen Materials bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, dass die vorstehend genannten Probleme verringert werden können, indem man ein anorganisches Teilchenmaterial in einer wässrigen Suspension mit einer sehr kleinen Menge eines Dispersionsmittels mahlt.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Mahlen eines anorganischen Teilchenmaterials in einer wässrigen Suspension bereitgestellt, wobei die wässrige Suspension eine untereffektive Menge eines Dispersionsmittels für das anorganische Material aufweist. Der Begriff "untereffektiv" bedeutet, dass das Dispersionsmittel in einer endlichen Menge vorliegt, aber dass die Menge nicht ausreicht, damit das teilchenförmige anorganischen Material ausflockt, so dass die Ausflockungseigenschaften der Suspension im Wesentlichen genauso sind, wie bei vollständigem Fehlen von jeglichem Dispersionsmittel. Eine solche Menge Dispersionsmittel kann gewöhnlich bis zu etwa 0,25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der trockenen anorganischen Teilchen, betragen beispielsweise bis zu etwa 0,15 Gewichtsprozent, z.B. bis zu etwa 0,1 Gewichtsprozent.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Mahlen einer wässrigen Suspension eines teilchenförmigen anorganischen Materials bereitgestellt, so dass man ein teilchenförmiges anorganisches Material mit reduzierter Teilchengröße und größerer Steilheit erhält, wobei das Mahlen in der Gegenwart der wässrigen Suspension einer untereffektiven Menge eines Dispersionsmittels für das anorganische teilchenförmige Material durchgeführt wird.
Das Verfahren kann beispielsweise beim Mahlen eines anorganischen teilchenförmigen Materials bei einem niedrigen Feststoffgehalt in der Suspension verwendet werden, wobei die Menge des anorganischen Materials beispielsweise kleiner ist als 50 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension.
Das Verfahren umfasst zudem das Mahlen des anorganischen teilchenförmigen Materials unter solchen Mahlbedingungen, dass die Steilheit des anorganischen Teilchenmaterials auf einen Steilheitsfaktor über etwa 35, stärker bevorzugt über etwa 40, beispielsweise über etwa 45, erhöht wird.
Das Verfahren umfasst zudem vorzugsweise das Entwässern der wässrigen Suspension, so dass deren Feststoffgehalt erhöht wird, und zwar stärker bevorzugt auf einen Gehalt des anorganischen Teilchenmaterials über etwa 50 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine wässrige Suspension eines gemahlenen anorganischen Teilchenmaterials bereitgestellt, umfassend eine untereffektive Menge eines Dispersionsmittels für das anorganische Teilchenmaterial. Die wässrige Suspension kann durch ein Mahlverfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung geeignet hergestellt werden. Das anorganische Teilchenmaterial hat geeigneterweise einen Steilheitsfaktor über etwa 35, insbesondere über etwa 40, beispielsweise über etwa 45. Das Dispersionsmittel ist geeigneterweise in der wässrigen Suspension in einer Menge zugegen, und zwar bis zu etwa 0,25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des trockenen anorganischen Teilchenmaterials, beispielsweise bis zu etwa 0,15 Gewichtsprozent, beispielsweise bis zu etwa 0,1 Gewichtsprozent. Die wässrige Suspension kann einen hohen oder niedrigen Feststoffgehalt aufweisen.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein trockenes gemahlenes anorganisches Teilchenmaterial bereitgestellt, umfassend eine Menge Dispersionsmittel für das anorganische Teilchenmaterial; wobei das Material der trockene Rückstand einer wässrigen Suspension gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird die Verwendung einer untereffektiven Menge Dispersionsmittel als Korrosionsinhibitor in einer wässrigen Suspension mit niedrigem Feststoffgehalt eines anorganischen Teilchenmaterials bereitgestellt.
Eingehende Beschreibung der Erfindung
Das anorganische Teilchenmaterial
Das anorganische Teilchenmaterial kann beispielsweise ein Erdalkalimetallcarbonat sein, wie Calciumcarbonat, ein wasserhaltiger Kanditton, wie Kaolin- oder Töpferton, ein wasserfreier (gebrannter) Kanditton, wie Metakaolin oder vollständig gebrannter Kaolin, Wollanstonit, Bauxit, Talk, Glimmer, Titandioxid, Siliciumdioxid oder Kohlenstoff.
Das bevorzugte anorganische Teilchenmaterial zur Verwendung in der Erfindung ist Calciumcarbonat.
Die Teilchengrößenverteilung (psd) des anorganischen Teilchenmaterials nach dem Mahlen ist geeigneterweise derart, dass mindestens etwa 80 Gewichtsprozent der Calciumcarbonatteilchen einen Kugeläquivalenzdurchmesser unter 2 μm aufweisen, mindestens etwa 50 Gewichtsprozent der Teilchen einen Kugeläquivalenzdurchmesser unter 1 μm aufweisen, mindestens etwa 20 Gewichtsprozent der Teilchen einen Kugeläquivalenzdurchmesser unter 0,5 μm aufweisen und weniger als etwa 20 Gewichtsprozent der Teilchen einen Kugeläquivalenzdurchmesser unter 0,25 μm aufweisen. Es können beispielsweise angemessenerweise mindestens etwa 92 Gewichtsprozent der Teilchen einen Kugeläquivalenzdurchmesser unter 2 μm aufweisen, mindestens etwa 70 Gewichtsprozent der Teilchen können einen Kugeläquivalenzdurchmesser unter 1 μm aufweisen, mindestens etwa 30 Gewichtsprozent der Teilchen können einen Kugeläquivalenzdurchmesser unter 0,5 μm aufweisen und mindestens etwa 15 Gewichtsprozent der Teilchen können einen Kugeläquivalenzdurchmesser unter 0,25 μm aufweisen. Die Teilchen sind am besten Calciumcarbonat. Der mittlere (durchschnittliche) Teilchenäquivalenzdurchmesser (d₅₀-Wert) des teilchenförmigen Calciumcarbonates nach dem Mahlen kann geeigneterweise im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 1,2 μm sein, beispielsweise im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 1,0 μm.
Der mittlere (durchschnittliche) Teilchenäquivalenzdurchmesser (d₅₀-Wert) und andere Teilchengrößeneigenschaften, die hier für die anorganischen Teilchenmaterialien aufgeführt sind, werden durch Sedimentation des teilchenförmigen Materials in einem vollständig dispergierten Zustand in einem wässrigen Medium mit einer Micromeritics Sedigraph 5100-Einheit gemessen. Der mittlere Teilchenäquivalenzdurchmesser d₅₀ ist der Wert, der auf diese Weise für den Teilchen-esd bestimmt wird, bei dem 50 Gewichtsprozent der Teilchen einen kleineren Kugeläquivalenzdurchmesser als d₅₀-Wert aufweisen.
Das Dispersionsmittel
Das Dispersionsmittel ist ein chemisches Additiv, das bei einer ausreichenden Menge, die größer ist als die erfindungsgemäß verwendete Menge, auf die Teilchen des anorganischen Materials einwirkt, so dass die Ausflockung oder Agglomeration der Teilchen gemäß normaler Verarbeitungsanforderungen im gewünschten Maße verhindert oder effizient unterbunden wird. Bei den erfindungsgemäß verwendeten Mengen ist das Dispersionsmittel jedoch nicht auf diese Weise effizient, jedoch hilft es geeignet und unerwartet bei der Verbesserung der Probleme, die beim Stand der Technik beobachtet werden, insbesondere ein oder mehrere von: Reduktion der Verfärbung des jeweiligen Materials; Verbesserung der Einführung der Dispersionsmittel in effizienten Mengen bei den Stufen mit hohen Feststoffgehalten; Verbesserung der Kompatibilität des Teilchenmaterials in Gemischen mit anderen Teilchenmaterialien, die herkömmliche Dispersionsmittel enthalten, wie Polyacrylate.
Das Dispersionsmittel kann beispielsweise ausgewählt werden aus herkömmlichen Dispersionsmittelmaterialien, die allgemein bei der Verarbeitung und beim Mahlen von anorganischen Teilchenmaterialien verwendet werden. Solche Dispersionsmittel sind dem Fachmann geläufig. Sie sind im Allgemeinen wasserlösliche Salze, die anionische Spezies zuführen können, die in ihren effizienten Mengen auf der Oberfläche der anorganischen Teilchen adsorbieren können und dadurch die Aggregation der Teilchen hemmen können. Die unsolvatisierten Salze umfassen geeigneterweise Alkalimetallkationen, wie Natrium. Die Solvatisierung kann in einigen Fällen unterstützt werden, indem man die wässrige Suspension leicht alkalisch macht. Beispiele für geeignete Dispersionsmittel umfassen: wasserlösliche kondensierte Phosphate, beispielsweise Polymetaphosphat-Salze [allgemeine Form der Natriumsalze: (NaPO₃)_x], wie Tetranatriummetaphosphat oder so genanntes "Natriumhexametaphosphat" (Graham-Salz); wasserlösliche Salze von Polykieselsäuren; Polyelektrolyte; Salze von Homopolymeren oder Copolymeren von Acrylsäure oder Methacrylsäure oder Salze von Polymeren oder anderen Derivaten von Acrylsäure, geeigneterweise mit einer massegemittelten Molekülmasse von weniger als etwa 20000. Natriumhexametaphosphat und Natriumpolyacrylat, welches ein Molekulargewichtszahlenmittel im Bereich von etwa 1500 bis etwa 100000 aufweist, sind besonders bevorzugt.
Die wässrige Suspension
Das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt vorzugsweise an einer wässrigen Suspension, die bis zu 35 Gewichtsprozent des anorganischen teilchenförmigen Materials, gewöhnlich in der Größenordnung von 20 bis 30 Gewichtsprozent, umfasst.
Die Menge des bei dem Verfahren verwendeten Dispersionsmittels ist gewöhnlich kleiner als etwa 0,25 Gewichtsprozent, stärker bevorzugt kleiner als 0,15 Gewichtsprozent, üblicherweise kleiner als etwa 0,1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der trockenen anorganischen Teilchen. Die genauen Mengen können jedoch leicht vom Fachmann variiert werden, so dass die erfindungsgemäß bereitgestellte Wirkung erzielt wird.
Die wässrige Suspension kann geeigneterweise hergestellt werden durch herkömmliche Mischtechniken, und sie kann geeignet wahlfreie zusätzliche Komponenten enthalten, wie es der Fachmann versteht und erkennt.
Das Mahlverfahren
Das Mahlen erfolgt am besten auf herkömmliche Weise. Das Mahlen kann ein Reibmahlverfahren in der Gegenwart eines teilchenförmigen Mahlmediums sein, oder es kann ein autogenes Mahlverfahren sein, d.h. ein in der Abwesenheit eines Mahlmediums.
Das gegebenenfalls vorhandene teilchenförmige Mahlmedium kann beispielsweise Kugeln, Perlen, oder Pellets aus einem beliebigen Hartmineral-, Keramik- oder Metallmaterial umfassen; solche Materialien können beispielsweise Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Zirkon, Silikat, Aluminiumsilikat oder mullitreiches Material sein, das durch Brennen von kaolinitischem Ton bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1300°C bis etwa 1800°C erzeugt wird. Alternativ können Teilchen aus einem Natursand einer geeigneten Teilchengröße verwendet werden.
Die Art und die Teilchengröße des Mahlmediums, das zur Verwendung bei der Erfindung ausgewählt werden soll, können von den Eigenschaften abhängen, wie beispielsweise von der Teilchengröße und der chemischen Zusammensetzung der Beschickungssuspension des zu mahlenden anorganischen Materials. Das teilchenförmige Mahlmedium umfasst vorzugsweise Teilchen mit einem mittleren Durchmesser im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 6,0 mm und stärker bevorzugt im Bereich von etwa 0,2 mm bis etwa 4,0 mm. Das Mahlmedium (oder die Medien) kann in einer Menge von etwa 40% bis etwa 70%, bezogen auf das Volumen der Beschickung zugegen sein; und stärker bevorzugt in einer Menge von etwa 50 bis etwa 60%, bezogen auf das Volumen der Beschickung.
Das Mahlen kann in einer oder mehreren Stufen erfolgen. Die Beschickungssuspension kann beispielsweise teilweise in einer ersten Reibmühle gemahlen werden, die Suspension des partiell gemahlenen anorganischen Teilchenmaterials kann dann in eine zweite Reibmühle zum weiteren Mahlen überführt werden, wonach die Suspension des gemahlenen Materials zu einer oder mehreren nachfolgenden Reibmühlen geleitet wird.
Das Mahlverfahren kann beispielsweise bei einer relativ niedrigen Temperatur, beispielsweise unter etwa 30°C, durchgeführt werden. Niedrigere Temperaturen unterstützen wahrscheinlich die Verhinderung und die Unterbindung der Verfärbung weißer anorganischer Teilchen, die durch Produkte auf Eisenbasis hervorgerufen wird, die in die wässrige Suspension gelangen.
Nach dem Durchführen des Mahlens kann die Suspension auf einen hohen Feststoffgehalt entwässert werden, und jegliches Mahlmedium kann weggelassen werden. Danach kann das gemahlene Produkt getrocknet werden.
Eine durch Entwässern gebildete Suspension mit hohem Feststoffgehalt kann geeigneterweise einen Feststoffgehalt in der Größenordnung von 70 Gewichtsprozent aufweisen und kann mit einem Dispersionsmittel, wie einem der vorstehend genannten Dispersionsmittel, gebildet werden. Das verwendete Dispersionsmittel kann das gleiche sein, wie es bei dem Mahlschritt verwendet wird, oder nicht. Das an der Nachmahlstufe verwendete Dispersionsmittel muss jedoch das Ausflocken des anorganischen Teilchenmaterials in der Suspension mit dem hohen Feststoffgehalt einschränken, und muss daher in einer als Dispersionsmittel wirksamen Menge zugegen sein, d.h. gewöhnlich etwa 0,3%, bezogen auf das Gewicht der trockenen anorganischen Teilchen, stärker bevorzugt mindestens etwa 0,4 Gewichtsprozent, beispielsweise mindestens etwa 0,4 Gewichtsprozent, beispielsweise mindestens etwa 0,5 Gewichtsprozent.
Ohne Einschränkung des erfindungsgemäßen Schutzbereichs wird die Theorie aufgestellt, dass eine sehr kleine Menge erfindungsgemäß verwendetes Dispersionsmittel ausreicht, damit das anorganische Teilchenmaterial "vorbeschichtet" wird, was eine gleichmäßigere Verteilung der größeren Mengen an Dispersionsmittel ermöglicht, die später zugegeben werden, damit ein Schlamm mit hohem Feststoffgehalt erhalten wird. Zudem nimmt man an, dass die kleinen Mengen an verwendetem Dispersionsmittel als Korrosionsinhibitor während des Mahlverfahrens dienen.
Verwendungen des gemahlenen Teilchenmaterials
Das gemahlene Teilchenmaterial, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, kann in einer großen Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, wie es dem Fachmann geläufig ist. Gewöhnlich ist das anorganische Teilchenmaterial als Beschichtung oder als Füllstoff oder als Teil eine Beschichtungs- oder Füllstoff-Zusammensetzung zugegen. Die Anwendungen umfassen beispielsweise die Herstellung von Papier, (wobei der Begriff sämtliche Formen von Papier, Karton, Pappe, Pappkarton und dergleichen, einschließlich, aber nicht eingeschränkt auf, Druckpapier und Schreibpapier, in seinem Schutzbereich umfasst); Polymeren und Kautschuken, beispielsweise Kunststoffen (die in der Form eines Films vorliegen können); Farben, Dichtungsmitteln und Kittmassen; Keramiken; sowie Zusammensetzungen, die anschließend so verarbeitet werden, dass eine der vorstehend genannten Substanzen erhalten wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen und Beispiele
Die Erfindung wird nun eingehender, aber uneingeschränkt, anhand der Beispiele und der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
1 die Schlamm-Viskositäten, erhalten bei T = 0 mit den Dispersionsmitteln des Experimentes von Beispiel 2;
2 die Schlammviskositäten, erhalten bei T = 24 Std. mit den Dispersionsmitteln des Experimentes von Beispiel 2; und
3 die Permeabilität der Schlämme, erhalten mit den Dispersionsmitteln des Experimentes von Beispiel 2, bei Kolbenpress-Entwässerung unter niedrigem Druck.
BEISPIEL 1
In diesem Experiment wurde die Wirkung verschiedener Unterdosen (sehr niedrig) Natriumhexametaphosphat-Dispersionsmittel auf die Schlammeigenschaften von gemahlenem Calciumcarbonat gemessen.
Gemahlenes Calciumcarbonat wurde aus einer groben Calciumcarbonat-Beschickung durch Schlamm-Sandmahlen im Labor bei 250 kWh/t bei niedrigem Feststoffgehalt hergestellt. Drei Ansätze des sandgemahlenen Materials wurden hergestellt, welche 0,1%, 0,2% bzw. 0,3% Dispersionsmittel, bezogen auf das Gewicht des trockenen Calciumcarbonates, enthielten. Die drei Ansätze wurden dann bei Niederdruck-Kolbenpressen bei 250 psi entwässert, so dass ein Kuchen erhalten wurde. Die Permeabilität und der Widerstand des Kuchens wurden während des Pressens bei jedem Kuchen gemessen, wobei die nachstehend beschriebenen Testverfahren verwendet wurden. Die drei Kuchen wurden dann jeweils in zwei Proben unterteilt, und die Kuchenproben suspendiert (Schlamm-Makedown), wobei eine partiell neutralisierte 0,5% und 0,6%ige Natriumpolyacrylat-Dispersionsmittellösung (60% Neutralisation) verwendet wurde, damit Schlämme mit einem hohen Feststoffgehalt von 72 bis 73 Gewichtsprozent Feststoffen erhalten wurden. Die Brookfield-100 U/min-Viskositäten des Schlamms wurden dann bei T (Zeit nach dem Makedown) = 0, 1, 24 und 168 Std. gemessen. Zudem wurde die psd, d₅₀ und die Steilheit für jede Probe nach dem Pressen gemessen.
Die Ergebnisse für die sechs Proben (nummeriert mit 1 bis 6) und eine entsprechende Kontrolle (ohne verwendetes Dispersionsmittel) sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1

1 "0,1%Calgon/0,5% teilneutralisiertes Polyacrylat-Dispersionsmittel"
2 "0,1%Calgon/0,6% teilneutralisiertes Polyacrylat-Dispersionsmittel"
3 "0,2%Calgon/0,5% teilneutralisiertes Polyacrylat-Dispersionsmittel"
4 "0,2%Calgon/0,6% teilneutralisiertes Polyacrylat-Dispersionsmittel"
5 "0,3%Calgon10,5% teilneutralisiertes Polyacrylat-Dispersionsmittel"
6 "0,3%Calgon/0,6% teilneutralisiertes Polyacrylat-Dispersionsmittel"

Permeabilitäts-Testverfahren
Die Permeabilität des Filterkuchens wurde gemäß dem Standard-Testverfahren gemessen, wobei die Permeabilität in der Tabelle 1 ausgedrückt ist als eine Zahl, die äquivalent ist zu dem erzielbaren Wasserfluss bei 15°C, in Kubikzoll (1 Kubikzoll = 1,638 × 10^-5 m³) pro Std. durch einen Kuchen mit einem Quadratzoll Fläche (1 Quadratzoll = 6,451 × 10^-4 m²) und einem Zoll Dicke (1 Zoll = 2,54 cm) unter einer Druckdifferenz von einem Pfund Kraft pro Quadratzoll (6,895 kPa).
Widerstands-Testverfahren
Der Filterkuchenwiderstand (a) wurde unter den Standard-Testverfahren gemessen und ist in der Tabelle 1 als herkömmliche Funktion des Druckabfalls über den angereicherten Kuchen in Pfund Kraft pro Quadratfuß (1 Pfund Kraft pro Quadratfuß = 47,90 Pa) ausgedrückt.
Diskussion und Schlussfolgerungen
Die Proben 1, 2, 3 und 4 ergaben die beste Permeabilität bzw. den besten Widerstand beim Entwässern, was nahe legt, dass eine Dispersionsmitteldosis von mehr als 0,2% in der Mahlstufe für die Entwässerungseigenschaften des Produkts mit sich bringt. Man beachte, dass eine hohe Permeabilität eine schnellere Filtrationsrate impliziert.
Die Proben 1, 3 und 5 zeigten die geringste Strukturbildung, was nahe legt, dass eine Dosis von 0,5% partiell neutralisiertem Dispersionsmittel an der Makedown-Stufe optimal ist.
Die Daten legen nahe, dass eine optimale Dispersionsmitteldosis beim Vormahlen 0,1 bis 0,2% Dispersionsmittel mit 0,5% von 60% partiell neutralisiertem Dispersionsmittel als Nachmahldosis ist.
BEISPIEL 2
In diesem Experiment wurde die Wirkung verschiedener Unter-Vormahldosen (sehr niedrig) der Dispersionsmittel Natriumhexametaphosphat (NaHex), Natriumpolyacrylat DP2695 (erhältlich von Ciba Chemicals) und Kombinationen davon auf die Schlammeigenschaften des gemahlenen Calciumcarbonates gemessen.
Das Verfahren war im Wesentlichen wie oben für Beispiel 1 beschrieben, aber unter Verwendung unterschiedlicher Dispersionsmittel, wie in den 1 bis 3 der Zeichnungen gezeigt, und mit einer Gesamtdosis von zugegebenem Dispersionsmittel gleich 0,6%.
Diskussion und Schlussfolgerungen
Die Ergebnisse der Brookfield-100 U/min-Viskositätsmessungen bei T = 0 und T = 24 Std. an Schlamm mit 72% Feststoffen, der nach dem Makedown erhalten wurde, sind in den 1 und 2 dargestellt. Die Ergebnisse der Kuchenpermeabilitäts-Messungen beim Niederdruck-Kolbenpressen bei 25 Gewichtsprozent Feststoffen, sind in der 3 gezeigt.
Die Ergebnisse in der 1 zeigen, dass eine Vormahldosis von 0,1% und 0,15% Natriumpolyacrylat eine gute Viskosität bei T = 0 ergab. Die untersuchten Schlämme mit einer Unterdosis an Dispersionsmittel waren jedoch besser als die Kontrolle. Die vereinigte Vormahldosis von Natriumpolyacrylat und Natriumhexametaphosphat, und die Vormahldosis von 0,15% Natriumpolyacrylat ergaben die besten Viskositätsergebnisse bei T = 0.
Die Ergebnisse in 2 zeigen, dass eine Vormahldosis von 0,15% BTC2 eine bessere Viskosität bei T = 24 Std. als die Kontrolle ergab. Die vereinigte Vormahldosis von BTC2 und Natriumhexametaphosphat und die Vormahldosis von 0,15% Natriumpolyacrylat ergaben die besten Viskositätsergebnisse bei T = 24 Std.
Die Ergebnisse in 3 zeigen, dass sämtliche Proben höhere Permeabilitäten als die Kontrolle ergaben. Die Vormahldosis von 0,1% Natriumpolyacrylat und die vereinigte Vormahldosis von Natriumhexametaphosphat und 0,1% Natriumpolyacrylat ergaben die besten Permeabilitätsergebnisse.
BEBSPIEL 3
In diesem Beispiel wurde die Wirkung der Zugabe von Natriumhexametaphosphat auf den Weißgrad von gemahlenen Carbonat-Schlämmen gemessen.
Experimente
Proben von zwei gemahlenen Calciumcarbonaten A und B wurden verwendet, die jeweils folgende psd aufwiesen: A – 99 Gewichtsprozent kleiner als 2 μm, 90 Gewichtsprozent kleiner als 1 μm, 70 Gewichtsprozent kleiner als 0,5 μm, 35 Gewichtsprozent kleiner als 0,25 μm; B – 95 Gewichtsprozent kleiner als 2 μm, 75 Gewichtsprozent kleiner als 1 μm, 40 Gewichtsprozent kleiner als 0,5 μm, 15 Gewichtsprozent kleiner als 0,25 μm. Jede Carbonat-Probe wurde in zwei Portionen unterteilt, und jede Portion wurde so verdünnt, dass Suspensionen mit etwa 30 und 20 Gewichtsprozent Feststoffen (Schlämme) der Carbonate A und B erhalten wurden. Zu Proben jeder Suspension wurden 200 ppm pulverisiertes Eisen zugegeben, und zu ausgewählten Proben wurde 0,1% Natriumhexametaphosphat gegeben (siehe Tabelle 2). Der Sauerstoff wurde zu ausgewählten Schlammproben für 30 min bei etwa 10 l/min pro Probe bei Temperaturen von 22 und 50°C gegeben. Nach der Behandlung wurden die Proben mit Calciumchlorid ausgeflockt, filtriert und für Weißgradmessungen getrocknet. Weißgrad und Vergilbung wurden direkt nach der Behandlung (T = 0) und auch nach 1 Woche (T = 168 Std.) gemäß den ISO-Verfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigt. Der erste Teil der Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse bei T = 0 Std. und der zweite Teil der Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse bei T = 168 Std.
Diskussion und Schlussfolgerungen
Die Ergebnisse zeigen, dass die anfängliche Zugabe von pulverförmigem Eisen den Weißgrad um etwa 1 ISO-Einheit reduziert. Die Vergilbungswerte wurden nicht signifikant beeinträchtigt. L (Weißgrad), A-(Blau-Grün-) und B-(Gelb-Orange-)-Werte aus dem ISO-Testverfahren zeigen eine leichte Verschiebung von Blau-Grün zu Gelb. Die Anwendung von Sauerstoff bei 22°C senkte den Weißgrad um etwa 0,3 bis 0,5 Einheiten für das Material A. Die Probe B war unverändert. Bei 50°C wurden sowohl Weißgrad als auch Vergilbung für beide Materialien A und B signifikant beeinträchtigt. Die Weißgrad-Werte wurden um etwa 1,5 bis 2,5 Einheiten reduziert, wobei die Vergilbungswerte um etwa 1 Einheit stiegen. Die LAB-Werte zeigten eine Verschiebung von Blau-Grün zu Rot-Gelb.
Die Zugabe von 0,1% Natriumhexametaphosphat vor der Sauerstoff-Zugabe hatte eine größere Wirkung auf den Weißgrad für Proben, die bei 50°C hergestellt wurden. Verglichen mit den Ergebnissen für Material, das ohne Natriumhexametaphosphat hergestellt wurde, ist der Weißgrad etwa 2 Einheiten höher mit entsprechend niedrigeren Vergilbungs-Faktoren.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Zugabe von Natriumhexametaphosphat die Korrosion hemmt, welche ansonsten den Weißgrad des Schlamms beeinträchtigt. Die Temperatur hat anscheinend eine signifikante Wirkung auf die Bildung des gefärbten Materials, wobei Proben, die bei 50°C hergestellt wurden, einen viel niedrigeren Weißgrad als Ergebnis aufwiesen, als Material, das bei 22°C hergestellt wurde. Proben, die für 1 Woche (T = 168 Std.) belassen wurden, zeigen einen ähnlichen Trend, was nahe legt, dass die Temperatur einen größeren Einfluss als die Zeit hat (für diesen kurzen Zeitraum). Proben, die mit Natriumhexametaphosphat behandelt wurden, verliehen dem unbehandelten Material ähnliche Weißgrad- bzw. Vergilbungs-Werte.

Claims

Verfahren zum Mahlen eines anorganischen Teilchenmaterials in einer wässrigen Suspension, wobei die wässrige Suspension eine untereffektive Menge eines Dispersionsmittels für das anorganische Teilchenmaterial aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das anorganische Teilchenmaterial Calciumcarbonat ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das anorganische Teilchenmaterial ein wasserhaltiger Kanditton ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der wasserhaltige Kanditton Kaolin ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die wässrige Suspension bis zu etwa 50 Gewichtsprozent anorganisches Teilchenmaterial umfasst.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die wässrige Suspension bis zu etwa 0,25 Gewichtsprozent Dispersionsmittel, bezogen auf das Trockengewicht der anorganischen Teilchen, enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die wässrige Suspension bis zu etwa 0,15 Gewichtsprozent Dispersionsmittel, bezogen auf das Trockengewicht der anorganischen Teilchen, enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die wässrige Suspension bis zu etwa 0,1 Gewichtsprozent Dispersionsmittel, bezogen auf das Trockengewicht der anorganischen Teilchen, enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die wässrige Suspension bis zu etwa 0,05 Gewichtsprozent Dispersionsmittel, bezogen auf das Trockengewicht der anorganischen Teilchen, enthält.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Dispersionsmittel ein Polyacrylat umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Dispersionsmittel ein Polymetaphosphat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Polymetaphosphat Natriumhexametaphosphat oder Tetranatriummetaphosphat ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei nach dem Mahlen eine zusätzliche Menge Dispersionsmittel zu der wässrigen Suspension gegeben wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei nach dem Mahlen eine Menge Wasser aus der wässrigen Suspension entfernt wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei nach dem Mahlen der Feststoffgehalt der wässrigen Suspension eingestellt wird, so dass man eine wässrige Suspension erhält, die das anorganische Teilchenmaterial bei einem Feststoffgehalt über etwa 50 Gewichtsprozent und ein Dispersionsmittel umfasst.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Mahlen des anorganischen Teilchenmaterials unter derartigen Mahlbedingungen erfolgt, dass die Steilheit des anorganischen Teilchenmaterials auf einen Steilheitsfaktor über etwa 35 erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Mahlbedingungen derart sind, dass die Steilheit des anorganischen Teilchenmaterials auf einen Steilheitsfaktor über etwa 40 erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Mahlbedingungen derart sind, dass die Steilheit des anorganischen Teilchenmaterials auf einen Steilheitsfaktor über etwa 45 erhöht wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch zum Mahlen eines anorganischen Teilchenmaterials in einer wässrigen Suspension zum Gewinnen eines anorganischen Teilchenmaterials mit reduzierter Partikelgröße und erhöhter Steilheit, wobei die wässrige Suspension eine untereffektive Menge Dispersionsmittel für das anorganische Teilchenmaterial aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die wässrige Suspension nach dem Mahlen entwässert wird, so dass ihr Feststoffgehalt auf mehr als etwa 50 Gewichtsprozent anorganisches Teilchenmaterial erhöht wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das resultierende gemahlene Teilchenmaterial nach der Behandlung getrocknet wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das resultierende gemahlene anorganische Teilchenmaterial gegeben wird zu einem Papier oder Papierzellstoff, so dass man eine Beschichtung oder Füllstoff dafür erhält, oder zu einer Zusammensetzung, die anschließend verarbeitet wird, so dass man ein Papier erhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das resultierende anorganische Teilchenmaterial zu einem Polymer oder Kautschuk oder zu einer Zusammensetzung gegeben wird, die anschließend verarbeitet wird, so dass man ein Polymer oder einen Kautschuk erhält.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Polymer ein Kunststoffmaterial ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das resultierende Polymer zu einer Folie ausgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das resultierende gemahlene anorganische Teilchenmaterial zu einer Farbe oder zu einer Zusammensetzung gegeben wird, die anschließend verarbeitet wird, so dass man eine Farbe erhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das resultierende gemahlene anorganische Teilchenmaterial zu einem Dichtungsmaterial oder einem Kitt oder zu einer Zusammensetzung gegeben wird, die anschließend verarbeitet wird, so dass man ein Dichtungsmaterial oder einen Kitt erhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das resultierende gemahlene anorganische Teilchenmaterial zu einer Keramik oder zu einer Zusammensetzung gegeben wird, die anschließend verarbeitet wird, so dass man eine Keramik erhält.
Wässrige Suspension eines gemahlenen anorganischen Teilchenmaterials, umfassend eine untereffektive Menge eines Dispersionsmittels für das anorganische Teilchenmaterial.
Wässrige Suspension nach Anspruch 29, wenn sie durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 hergestellt ist.
Wasserfreies gemahlenes anorganisches Teilchenmaterial, umfassend eine Menge Dispersionsmittel für das anorganische Teilchenmaterial, wobei das Material der wasserfreie Rückstand einer wässrigen Suspension nach Anspruch 29 oder 30 ist.
Verwendung einer untereffektiven Menge eines Dispersionsmittels für ein anorganisches Teilchenmaterial als Korrosionsschutzmittel in einer feststoffarmen Suspension des anorganischen Teilchenmaterials.