FI120032B - Menetelmä ja laite kalsiumkarbonaattituotteen valmistamiseksi, tuote ja sen käyttö - Google Patents

Description

MENETELMÄ JA LAITE KALSIUMKARBONAATTITUOTTEEN VALMISTAMISEKSI, TUOTE JA SEN KÄYTTÖ

FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR FRAMSTÄLLNING AV EN KALCIUMKARBONATPRODUKT, PRODUKTEN OCH DESS ANVÄNDING

5 Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen pienistä kalsiumkarbonaattipartikkeleista muodostuvan kalsiumkarbonaattituotteen valmistamiseksi. Keksintö kohdistuu erityisesti sellaiseen menetelmään ja laitteeseen saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi, joissa kalsiumhydroksidia syötetään pisaroina ja/tai hiukkasina saostamisreaktorissa olevaan hiilidioksidipitoiseen 10 kaasuun.

TUNNETTU TEKNIIKKA

Kalsiumkarbonaattia valmistetaan tyypillisesti kalsiumhydroksidilietteestä hiilidioksidikaasulla saostamalla. Perinteisesti valmistus tapahtuu erä-prosessilla, jossa hiilidioksidikaasua syötetään hienoina kuplina kalsiumhydroksidilietteeseen 15 kunnes saavutetaan sopiva karbonointiaste. Kalsiumhydroksidilietteen kuiva-ainepitoisuus ei tällöin saa olla liian korkea, jotta kaasukuplat pystyisivät tunkeutumaan lietteeseen. Esimerkiksi amerikkalaisessa patenttijulkaisussa US 4,927,618 ehdotetaan 7,68 % kuiva-ainepitoisuuden omaavan kalsiumhydroksidilietteen käyttöä. Tämä valmistustapa vaati pitkän karbonointiajan, 20 US-patentin ensimmäisessä esimerkissä mainitaan karbonoinnin kestävän 31 minuuttia.

Aikaisemmin on toisaalta myös ehdotettu kalsiumkarbonaatin saostamista jatkuvatoimivissa laitteissa. Esimerkiksi amerikkalaisessa patenttijulkaisussa US 4, 133,894 ehdotetaan kalsiumkarbonaatin saostamista kolmessa peräkkäisessä 25 korkeassa kolonnissa, joissa kolonnien yläosasta spraysuuttimilla suihkutetaan 1-2 mm kokoisia kalsiumhydroksidilietcpisaroita vastavirtaan kolonnin alaosasta ylöspäin virtaavaa hiilidioksidikaasuun. Muodostunut kalsiumkarbonaatti saadaan talteen hienoina < 100 nm hiukkasina kolmannen kolonnin alaosasta. Kalsiumhydroksidilietteen tulee myös tässä tapauksessa olla hyvin laimeata, eli sen 2 kuiva-ainepitoisuus alhainen noin 0,1 -10 %. Ensimmäisessä kolonnissa vain 5 -15 % kalsiumhydroksidista karbonoituu. Pääosa karbonoituu toisessa kolonnissa.

Monissa saostetun kalsiumkarbonaatin (PCC) käyttökohteissa olisi edullista voida käyttää hyvin pieniä, < 100 nm kokoisia tasalaatuisia ja lähes samankokoisia 5 kalsiumkarbonaatti-partikkeleita. Tällaisia käyttökohteita löytyy mm. lääke-, kosmetiikka- ja elintarviketeollisuudesta. Myös maali-, muovi -, kumi-, väriaine- ja paperiteollisuudessa sekä teknokemianteollisuudessa on käyttöä tällaiselle kalsiumkarbonaattituotteelle.

KEKSINNÖN TARKOITUS

10 Nyt esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada aikaisempia parempi menetelmä ja laite hyvin pienistä, < 100 nm partikkelikoon omaavista, pääasiallisesti irrallisista stabiileista kalsiumkarbonaattipartikkeleista muodostuvan kalsiumkarbonaattituotteen valmistamiseksi.

Tarkoituksena on tällöin myös aikaansaada aikaisempaa parempi menetelmä ja laite 15 suuren ominaispinta-alan omaavan kalsiumkarbonaattituotteen valmistamiseksi.

Tarkoituksena on lisäksi aikaansaada menetelmä ja laite, joilla kalsiumhydroksidin saostaminen kalsiumkarbonaattipartikkeleiksi tapahtuu nopeasti ja aikaisempaa vähemmän riippuvaisena käytetyn kalsiumhydroksidituotteen partikkelikoosta ja/tai kuiva-ainepitoisuudesta.

20 Tarkoituksena on tällöin myös aikaansaada menetelmä ja laite, joilla on mahdollista ylläpitää normaalia alhaisempi reaktiolämpötila karbonointivaiheessa, eli kalsiumkarbonaatin saostamisvaiheessa.

Tarkoituksena on vielä aikaansaada jatkuvatoiminen menetelmä ja laite jotka mahdollistavat eri lisäaineiden yhtäaikaisen syötön ja käytön kalsiumkarbonaatin 25 valmistuksessa.

3

Tarkoituksena on vielä lisäksi aikaansaada menetelmä ja laite, joilla voidaan helposti aikaansaada mineraaliaineksen, tyypillisesti kalsiumhydroksidin, täydellinen tai lähes täydellinen karbono kurninen.

KEKSINTÖ 5 Edellä esitettyjen tarkoitusperien saavuttamiseksi on keksinnön mukainen menetelmä ja laite tunnettuja siitä mitä on esitetty jäljempänä esitettyjen itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa.

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen pienen, tyypillisesti <100 nm, hiukkaskoon omaavan Ja tällöin myös suuren ominaispinta-alan 10 omaavan, saostetun kalsiumkarbonaattituotteen valmistamiseksi jatkuvatoimisessa prosessissa. Tuotteen kalsiumkarbonaattipartikkelit ovat pääasiallisesti irrallisia, stabiileja, tasalaatuisia ja tasakokoisia.

Menetelmä käsittää tyypillisesti - kalsiumhydroksidin (Ca(OH)2) jatkuvan syöttämisen hienoina pisaroina ja/tai 15 hiukkasina saostamisreaktoriin, siinä olevaan hiilidioksidipitoiseen kaasuun kalsiumhydroksidin karbonoimiseksi, eli saostetun kalsiumkarbonaatin (CaC03) muodostamiseksi saostamisreaktorissa.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa voidaan reaktiivisena mineraaliaineksena käyttää kalsiumhydroksidia tai muita soveltuvia Ca++ -ionilähteitä, joista hiilidioksidilla 20 saadaan muodostumaan kalsiumkarbonaattia. Tyypillisessä keksinnön mukaisessa ratkaisussa kalsiumhydroksidi syötetään saostamisreaktoriin kalsiumhydroksidi-lietteenä, eli veteen dispergoituneena kalsiumhydroksidina, kuten kalkkimaitona, mutta voidaan syöttää kalsiumhydroksidiliuoksena. Syöttö saostamisreaktoriin tapahtuu edullisesti reaktorissa olevan tai reaktoriin yhteydessä olevan hajotus-ja 25 sumutuslaitteen kautta.

Hajotus-ja sumutuslaite on tyypillisesti ns. iskusekoitin, jolla saadaan kalsiumhydroksidilietteestä tai -liuoksesta muodostettua erittäin hienoja pisaroita ja/tai hiukkasia. Iskusekoitin toimii tyypillisesti samalla saostamisreaktorina tai osana saostamisreaktoria, ja jo siinä voidaan kalsiumhydroksidi edullisesti saattaa 4 kosketukseen hiilidioksidin kanssa, karbonoinlireaktioiden aikaansaamiseksi. Iskusekoittimella, joka toimii tappimyllyperiaatteella, voidaan hiilidioksidikaasuun sekoittaa myös korkean kuiva-ainepitoisuuden omaavaa kalsiumhydroksidilietettä. Hajotus- ja sumutuslaite on tyypillisesti sovitettu saostamisreaktorin yläosaan, mutta 5 voidaan haluttaessa sovittaa muuallekin kalsiumhydroksidin syötön kannalta soveltuvaan kohtaan saostamisreaktorikokonaisuutta.

Kalsiumhydroksidilietteen lisäksi saostamisreaktoriin syötetään jatkuvasti saostavaa hiilidioksidipitoista kaasua, joka voi olla puhdasta tai lähes puhdasta hiilidioksidia tai esimerkiksi savukaasua tai muuta tarkoitukseen sopivaa CCVpitoista kaasua. Kaasu 10 voidaan syöttää suoraan saostamisreaktoriin sen alaosasta, sivuista tai ylhäältä erillisellä kaasunsyöttölaitteella. Hiilidioksidipitoinen kaasu syötetään edullisesti saostamisreaktoriin sen yläosasta yhtä aikaa kalsiumhydroksidin kanssa. Hiilidioksidipitoinen kaasu voidaan syöttää saostamisreaktoriin hajotus-ja sumutuslaitteen kautta, jolloin karbonoinlireaktiot saadaan alkamaan jo tässä 15 laitteessa. Haluttaessa voidaan hiilidioksidikaasua kuitenkin syöttää jollakin muulla soveltuvalla kaasunsyöttölaitteella ja muuhun kohtaan saostamisreaktoria. Materiaalitasapainon ylläpitämiseksi saostamisreaktorissa siitä myös poistetaan jatkuvasti kalsiumkarbonaattipitoista materiaalia.

Nyt on todettu, että haluttujen pienten, tyypillisesti < 100 nm kokoisten, tai halutun 20 suuren ominaispinta-alan omaavien irrallisten kalsiumkarbonaatti-partikkelien, muodostamiseksi on edullista järjestää saostuminen tapahtuvaksi alennetussa reaktio lämpötilassa, alle 65 °C:ssa, tyypillisesti 10 - 65 °C:ssa, tyypillisemmin 30 - 65 °C:ssa, tyypillisimmin < 40 °C:ssa. Lämpötila voidaan saostamisreaktorissa pitää halutulla alennetulla tasolla monella tavalla.

25 Tyypillisessä keksinnön mukaisessa menetelmässä ja laitteessa lämpötila saostamisreaktorissa pidetään alennettuna jäähdyttämällä. Jäähdytystapoja on monia, joita voidaan käyttää yhtä kerrallaan tai useampi saman aikaisesti. Lämpötila saostamisreaktorissa voidaan siten alentaa - syöttämällä ainakin osa kalsiumhydroksidista tai muusta vastaavasta Ca++ -30 ionilähteestä saostamisreaktoriin alennetussa lämpötilassa, ; 5 - syöttämällä ainakin osa hiilidioksidista saostamisreaktoriin alennetussa lämpötilassa, jopa hiilihappojäänä, ^0 - saostamisreaktoriin järjestetyllä jäähdytyselimillä, kuten saostamisreaktoriin jäljestetyllä jäähdyttävällä vaipalla, 5 - kierrättämällä kalsiumkarbonaattipitoista materiaalia ja/tai hiilidioksidipitoista kaasua saostamisreaktorista lämmönvaihtimella varustettuun jäähdyttimeen ja jäähdyttimestä takaisin saostamisreaktoriin, - johtamalla kalsiumkarbonaattipitoista materiaalia ja/tai hiilidioksidipitoista kaasua ensimmäisestä saostamisreaktorista jäähdyttänen kautta toiseen saostamisreaktoriin, 10 ja/tai - jollakin muulla soveltuvalla tavalla.

Saostamisreaktorista jäähdyttimeen kierrätetty kalsiumkarbonaattipitoinen materiaali voidaan palauttaa samaan saostamisreaktoriin tai seuraavaan saostamisreaktoriin siinä olevan hajotus-ja sumutuslaitteen kautta.

15 Nyt on todettu, että saostamisreaktoriin syötetyn kalsiumhydroksidin lämpötilaa säätämällä voidaan oleellisesti vaikuttaa muodostuvan kalsiumkarbonaattituotteen hiukkaskokoon, Mitä alhaisempi syötetyn kalsiumhydroksidin lämpötila on sen pienempiä partikkeleita muodostuu. Pieneen hiukkaskokoon pyrittäessä on edullista syöttää ainakin osa kalsiumhydroksidista, edullisesti pääosa siitä, saostamisreaktoriin 20 alle 30 °C:ssa, tyypillisesti 5-30 °C:ssa, edullisesti 10 - 20 °C:ssa, tyypillisimmin < 17 °C:ssa. Teknillis-taloudeUiset näkökohdat huomioiden ei yleensä ole mahdollista mennä kovin alhaisiin lähtölämpötiloihin. Kun kalsiumhydroksidipitoista lietettä jäähdytetään vielä lisäksi karbonointireaktioiden aikana saadaan vielä pienempiä kalsiumkarbonaatti-partikkeleita.

25 Keksinnön mukaisella ratkaisulla pystytään tuottamaan kalsiumkarbonaattituotetta, jossa kalsiurnkarbonaattipartikkdien partikkelikoko, d5o, on < 100 nm, tyypillisesti < 70 nm, edullisesti < 40 nm. Pääasiallisesti irrallisista kalsiumkarbonaatti-partikkeleista muodostuvan kalsiumkarbonaattituotteen ominaispinta-ala on > 20 m2/g, tyypillisesti > 40 m2/g, edullisesti > 60 m2/g.

6

Kalsiumhydroksidi syötetään edullisesti saostamisreaktoriin reaktoriin tai reaktorin yhteyteen sovitetun hajotus- ja sumutuslaitteen kautta. Hajotus- ja sumutuslaitteessa, joka edullisesti on tappimyllyperiaatteella toimiva laite, eli ns. iskusekoitin tai läpivirtaussekoitin, saostamisreaktoriin syötettävään materiaaliin kohdistetaan 5 suurella nopeudella kulkevien roottoreiden tapeilla, siivillä tai vastaavilla elimillä, voimakkaita iskuja ja vastaiskuja, jotka hajottavat ja sumuttavat laitteen läpi kulkevan syötteen tehokkaasti. Vierekkäisten roottorien tai vierekkäisten roottorien ja staattorien kehien nopeusero on 5 - 400 m/s, tyypillisesti 5 - 200 m/s.

Kalsiumhydroksidin tai muun saostamisreaktoriin syötetyn Ca++- ionilähteen 10 viipymäaika tappimyllyperiaatteella toimivassa hajotus- ja sumutuslaitteessa on < 10 sekunti, tyypillisesti < 2 sekunti, tyypillisimmin < 1 sekunti.

Tehollinen karbonointiaika, eli aika jolloin kalsiumhydroksidi tai muu vastaava Ca++-ionilähde on sumuna ja/tai pisaroina tehollisessa kosketuksessa hiilidioksidipitoiseen kaasuun, on kussakin keksinnön mukaisessa saostamisreaktorissa erittäin lyhyt 15 yleensä < 1 minuutti, tyypillisesti < 30 sekuntia, tyypillisimmin < 10 sekuntia.

Yhteenlaskettu tehollinen karbonointiaika on vastaavasti pidempi jos saostamisreaktoreita on useita peräkkäin tai jos materiaali kierrätetään useamman kerran saman saostamisreaktorin läpi. Kalsiumhydroksidilietteen tai -liuoksen tehokas ja nopea hajotus ja sumutus, ja sumun nopea sekoitus hiilidioksidipitoiseen ' 20 kaasuun mahdollistaa erittäin lyhyen tehollisen karbonointiajan ja siten myös erittäin lyhyen kalsiumkarbonaattituotteen valmistusajan.

Keksinnön mukainen menetelmä tai laite voi käsittää useampivaiheisen karbonointi-eli saostamisprosessin, jossa - prosessin ensimmäisessä vaiheessa, tyypillisesti päävaiheessa, kalsiumhydroksidia 25 saostetaan kalsiumkarbonaatiksi ensimmäisessä saostamisreaktorissa; - ensimmäisessä saostamisreaktorissa saostunut kalsiumkarbonaatti ja jäljellä oleva kalsiumhydroksidi johdetaan toiseen saostamisreaktoriin; - prosessin toisessa vaiheessa toinen osa, tyypillisesti loppuosa, kalsiumhydroksidista saostetaan kalsiumkarbonaatiksi toisessa saostamisreaktorissa ja 30 - toisessa saostamisreaktorissa saostunut kalsiumkarbonaatti ja siihen ensimmäisestä 7 saostamisreaktorista johdettu kalsiumkarbonaatti sekä saostamisreaktoriin syötetystä kalsiumhydroksidista mahdollisesti jäljellä oleva osa johdetaan kolmanteen saostamisreaktoriin tai jos kalsiumhydroksidi on käytetty loppuun poistetaan saostamisprosessista.

5 Keksinnön mukainen menetelmä ja laite mahdollistavat sen, että kalsiumhydroksidi tulee pääasiallisesti täydellisesti eli kokonaisuudessaan karbonoitua, muodostaen stabiileja, irrallisia ja keskikooltaan tasakokoisia partikkeleita. Kalsiumkarbonaatti-tuotteesta tulee siten myös pääasiallisesti tasalaatuista. Tuotteessa ei oleellisesti tapahdu agglomeroitumista, jolloin tuote ei pitkän ajankaan kuluessa oleellisesti 10 muutu.

Nyt on todettu, että keksinnön mukaisessa saostamisreaktorissa muodostettavien - k kalsiumkarbonaattipartikkclien erillään pysymistä ja siten partikkelikokoa voidaan kontrolloida säätämällä mm - saostamistapahtuman lämpötilaa, 15 - syötettävien raaka-aineiden lämpötilaa, - syötetyn kalsiumhydroksidilietteen tai - liuoksen määrää ja/tai kuiva-ainepitoisuutta, - syötetyn hiilidioksidikaasun määrää, - hajotus- ja sumutuslaitteen roottorien kierrosnopeutta, roottorien 20 rakennetta, kehien ja siipien määrää, siipien asentoa ja/tai - käyttämällä sopivaa lisäainetta.

Säätämällä kalsiumhydroksidilietteen kuiva-ainepitoisuutta tai kalsiumhydroksidiliuoksen konsentraatiota voidaan vaikuttaa saostamisreaktorissa muodostuvan kalsiumkarbonaatin kuiva-ainepitoisuuteen. Saostuneen 25 kalsiumkarbonaatin kuiva-ainepitoisuus säädetään tyypillisesti < 30 %:iin, tyypillisemmin 10-25 %:iin.

Myös erilaisilla lisäaineilla voidaan vaikuttaa muodostuvan kalsiumkarbonaatin ominaisuuksiin, kuten partikkelikokoon, kidemuotoon, ominaispinta-alaan, irrallisuuteen ja/tai tasakokoisuuteen. Lisäaineita käyttämällä voidaan joissakin β . .

tapauksissa vähentää saostamisreaktorin jäähdytystä. Lisäaineen käytöllä voidaan myös pyrkiä entistä pienempään partikkelikokoon.

Saostamisreaktoriin voidaan kalsiumhydroksidin ja hiilidioksidin lisäksi siten esimerkiksi syöttää jotakin polyolia, kuten sorbitolia. Polyoli voidaan lisätä 5 - saostamisreaktoriin syötettävään kalsiumhydroksidilietteeseen tai tämän lietteen valmistuksessa käytettävään sammutusveteen, - suoraan saostamisreaktoriin, esimerkiksi hajotus-ja sumutuslaitteeseen, ja/tai - saostamisreaktorista poistuvaan kalsiumkarbonaattipitoisen materiaalin.

Polyolilla, kuten esimerkiksi sorbitolilla, voidaan vaikuttaa pienten 10 kalsiumkarbonaattipartikkelien muodostumiseen ja niiden pintakemiallisiin ominaisuuksiin. Polyoli lisäys mahdollistaa hyvin pienten partikkelien muodostumisen myös vähemmällä jäähdytyksellä, mahdollisesti kokonaan ilman jäähdytystä. Polyolia lisätään tyypillisesti 0,1 - 3 %, tyypillisemmin 1 - 2 % tuotteesta

Keksinnön mukaisesti valmistetun kalsiumkarbonaattituotteen ominaisuuksiin 15 voidaan myös vaikuttaa erilaisilla lisäaineilla kuten rasvahappoyhdisteillä, tyypillisesti steariinihapolla tai hartsihapolla. Lisäksi voidaan apuna käyttää muita lisäaineita, kuten dispergointiaineita.

Nyt on oivallettu, että syöttämällä reaktiivista mineraaliainesta, kuten kalkkimaitoa, keksinnön mukaisesti erittäin hienojakoisena sumuna saostavaan hiilidioksidikaasuun, 20 saadaan reaktiivinen mineraaliaines ja saostava kaasu sekoittumaan toisiinsa huomattavan helposti ja kalsiumkarbonaatin saostumisen kannalta tehokkaasti. Saadaan lyhyellä reaktioajalla, eli nopeasti, tapahtumaan jopa täydellinen karbonoituminen.

Kalsiumhydroksidin saostuminen kalsiumkarbonaatiksi (PCC) käynnistyy heti ja 25 reaktiot tapahtuvat huomattavan nopeasti kalsiumhydroksidin ja hiilidioksidin välillä. Säätämällä syötetyn mineraaliaineksen lämpötilaa, reaktiolämpötilaa, syötetyn kaasun lämpötilaa tai koostumusta voidaan keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella säätää muodostuvan kalsiumkarbonaatin ominaisuuksia, kuten ominaispinta-alaa ja hiukkaskokoa.

9

Oletetaan reaktioiden tapahtuvan sitä nopeammin ja sitä tehokkaammin mitä hienommaksi mineraaliaines saadaan dispergoitua, eli hajotettua saostamisreaktoriin yr' syötettäessä. Kalsiumhydroksidiliuosta käytettäessä saadaan materiaali hajotettua erityisen pieniksi pisaroiksi. Hajotus-ja sumutuslaitteen sekä saostamisreaktorin 5 konstruktioilla voidaan myös vaikuttaa sumutuksen tehokkuuteen.

Keksinnön mukaisesti voidaan siis lämpötila saostustapahtumassa järjestää sellaiseksi, eli alennetuksi, että muodostuneet kalsiumkarbonaattipartikkelit voivat pysyä irrallisina, eli eivät erityisesti pyri tarttumaan toisiinsa. Samaan tulokseen, eli irrallisina pysyviin kalsiumkarbonaattipartikkeleihin päästään myös käyttämällä 10 lisäaineita. Esimerkiksi joidenkin polyolien, kuten sorbitolin, lisäys vähentää partikkelien pyrkimystä tarttua toisiinsa.

Tappimyllyperiaatteella toimivalla hajotus-ja sumutuslaitteella, kuten nk. iskusekoittimella tai läpivirtaussekoittimella, saadaan mineraaliainesta, eli kalsiumhydroksidia, ja saostavaa kaasua syötettyä jatkuvasti ja yhtä aikaa 15 saostamisreaktoriin. Mineraaliaines saadaan dispergoitua saostavaan kaasuun erittäin hienoina pisaroina tai hiukkasina muodostamaan sumumainen kaasususpensio, jossa kaasu ja saostettava mineraaliaines ovat aktivoituneena ja erittäin tehokkaasti sekoittuneena toisiinsa. Keksinnön mukaisella ratkaisulla saadaan saostustapahtumaan osallistuvat aineet homogenisoitua kaasususpensioksi, jossa 20 reaktiot eri komponenttien välillä voivat tapahtua välittömästi.

Tappimyllyperiaatteella toimivalla laitteella voidaan saostamisreaktoriin syötettävään materiaaliin kohdistaa toistuvia peräkkäisiä iskuja, vastaiskuja, leikkausvoimia, turbulenssia, yli-ja alipainepulsseja tai muita vastaavia voimia, jotka saavat mineraaliaineksen hyvin pieniksi, < 200 pm, partikkeleiksi ja hienoksi sumuksi 25 saostamisreaktorissa olevaan hiilidioksidipitoiseen kaasuun.

Tappimyllyperiaatteella toimivassa laitteessa on useita, tyypillisesti 3 - 8, tyypillisimmin 4-6, samankeskistä siivillä tai vastaavilla varustettua kehää, joista ainakin joka toinen kehä toimii roottorina ja näiden kehien vierekkäiset kehät staattoreina tai eri suuntaan tai eri nopeudella samaan suuntaan kulkevina 30 roottoreina. Roottoreiden kehänopeudet voivat olla 5 - 250 m/s. Vierekkäisten 10 kehien nopeusero voi olla 5 - 400 m/s, tyypillisesti 5 - 200 m/s. Tällä periaatteella toimivia myllyjä tai sekoittimia on aikaisemmin esitetty muun muassa suomalaisissa patenttijulkaisuissa 105699 B, 105112 B ja WO-julkaisussa 96/18454.

Tappimyllyperiaatteella toimivassa laitteessa mineraaliaines ohjataan tyypillisesti 5 roottorien ja mahdollisten staattorien avulla kulkemaan säteensuuntaisesti ulospäin. Roottorien ja mahdollisten staattorien kehien laajentuminen kehien keskustasta ulospäin mentäessä aikaansaa paine-eron läpivirtaussekoittimen sisääntulon, eli keskustan, ja ulosmenon eli uloimman kehän välille. Paine laskee keskustasta ulospäin mentäessä. Syntynyt paine-ero edesauttaa mineraaliaineksen kulkemista 10 laitteen läpi. Laitteen kehillä olevat siivet tai vastaavat voivat kohdistaa ulospäin viilaavaan ainekseen sekä iskuja että vastaiskuja ja aikaansaada sekä leikkausvoimia, turbulenssia että ali- ja ylipainepulsseja, joilla aines saadaan hienonnettua eli hajotettua ja sumutettua. Tappimyllyperiaatteella toimiva laite pystyy tehokkaasti käsittelemään niin korkean kuiva-ainepitoisuuden kuin erittäin matalankin kuiva-15 ainepitoisuuden omaavia mineraaliainesvirtoja saostamistapahtumalle sopiviksi. Laitteen toimintaa on helppo säätää. Keksinnön mukaisessa saostamisreaktorissa pystytään siten seostamaan mineraaliainesta erilaisissa kuiva-ainepitoisuuksissa, kuten < 30 %, tyypillisesti 10 - 25 %, kuiva-ainepitoisuuksissa.

Käytettäessä keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta voidaan sellaiset olosuhteet, 20 kuten raaka-aineet, raaka-aineiden syöttösuhteet, pH, paine ja lämpötila, yleensä valita kulloisenkin prosessin kannalta vapaasti sopiviksi. Keksinnön mukainen laiteratkaisu ei aseta näille rajoituksia.

Saostamisreaktoriin voidaan johtaa saostettavan reaktiivisen mineraaliaineksen, tyypillisesti kalsiumhydroksidin, lisäksi muita, esimerkiksi saostetun 25 kalsiumkarbonaatin jatkoprosessoinnin kannalta sopivia, aineita.

Mineraaliainekseen voidaan lisätä ennen saostamisreaktoria, saostamisreaktorissa tai sen jälkeen, partikkelien pintojen pintakäsittelyyn soveltuvia lisäaineita, esimerkiksi pintojen hydrofobointiin, partikkelien kasvuun tai partikkelien erillään pysymiseen vaikuttavia lisäaineita. Tyypillisiä lisäaineita ovat esimerkiksi polyolit, kuten sorbitoli, 30 sokeri, rasvahapot, kuten steariinihappo, hartsihappo, fosforihappo, 11 dispergointiaineet, kuten akryylipolymeerien natrium- tai ammoniumsuolpjen vesiliuokset. Käytettävät lisäaineet tai osa niistä voidaan syöttää saostamisreaktoriin yhtä aikaa.

Keksintöä selostetaan seuraavassa paremmin oheisiin piirustuksiin viittaamalla, joissa 5 FIG. 1 esittää kaaviollisesti ja esimerkinomaisesti pystysuoraa leikkausta eräästä keksinnön mukaisesta saostamisreaktorista; FIG. 2 esittää kaaviollisesti ja esimerkinomaisesti vaakasuoraa leikkausta FIG. 1 mukaiseen saostamisreaktoriin sovitetusta hajotus-ja sumutuslaitteesta; FIG. 3 esittää kaaviollisesti ja esimerkinomaisesti pystysuoraa leikkausta toisesta 10 keksinnön mukaisesta saostamisreaktorista; FIG. 4 esittää kaaviollisesti ja esimerkinomaisesti vaakasuoraa leikkausta FIG. 3 tyyppisen saostamisreaktorin hajotus-ja sumutuslaitteesta; FIG. 5 esittää kaaviollisesti ja esimerkinomaisesti pystysuoraa leikkausta keksinnön mukaisesta saostamisreaktoriryhmästä; 15 FIG. 6 esittää kaaviollisesti ja esimerkinomaisesti pystysuoraa leikkausta keksinnön mukaisesta toisesta saostamisreaktoriryhmästä ja FIG. 7 esittää kaaviollisesti ja esimerkinomaisesti pystysuoraa leikkausta keksinnön mukaisesta kolmannesta saostamisreaktoriryhmästä.

Kuviossa FIG. 1 on esitetty keksinnön mukainen jatkuvatoiminen saostamisreaktori 20 10, joka käsittää saostamisastian 12, saostamisastiaan sovitetun hajotus-ja sumutuslaitteen 14, kalsiumhydroksidilietteen syöttöputken 16, saostavan hiilidioksidikaasun syöttöputken 18 ja kalsiumkarbonaattipitoisen suspension poistoputken 20. Laite käsittää lisäksi käyttölaitteen 22 ja laakeroinnin ja tiivistyksen 24 käyttölaitteen 22 ja laitteen 14 välillä.

25 Saostamisreaktoriin syötettävä kalsiumhydroksidipitoinen materiaali, kalsiumhydroksidiliete, voidaan keksinnön mukaisesti jäähdyttää ennen syöttämistä saostamisreaktoriin. Kalsiumhydroksidilietteen syöttöputkeen 16 voidaan esimerkiksi sovittaa jäähdytin 11, jolla lietteen lämpötila jäähdytetään halutuksi. Samaten voidaan hiilidioksidikaasu haluttaessa jäähdyttää jäähdyttimellä 11'ennen syöttämistä hajotus-30 ja sumutuslaitteeseen 14.

12

Saostamisreaktori 10 voidaan, kuten Kuviossa FIG. 1 on esitetty, varustaa keksinnön mukaisesti jäähdyttävällä vaipalla 13, joka voi kattaa lähes koko laitteen, kuten Kuviossa on esitetty, tai vain kattaa osan siitä. Jäähdyttävä vaippa 13 on varustettu jollakin tavanomaisella jäähdytyksellä, mitä tässä ei lähemmin ole esitetty.

5 Lisäksi tai vaihtoehtoisesti voidaan saostamisreaktoriin sovittaa yksi tai useampi erillinen jäähdytin 15 kosketukseen reaktorin yläosassa olevaan materiaaliin ja/tai jäähdytin 15'kosketuksessa reaktorin alaosassa olevaan kalsiumkarbonaattipitoiseen materiaaliin.

Lisäksi tai vaihtoehtoisesti voidaan saostamisreaktoriin muodostaa 10 kalsiumkarbonaattipitoisen materiaalin kierto poistoputkesta 20 putkella 16' kalsiumhydroksidin hajotus-ja sumutuslaitteeseen 14 vievään syöttöputkeen 16. Putkessa 16'on jäähdytin 17. Haluttaessa voidaan palautus järjestää tapahtuvaksi suoraan saostamisastiaan, esimerkiksi sen pohjalle. Kiertävä materiaali jäähdytetään jäähdyttimessä 17 ja palautetaan jäähdyttävänä aineena saostamisreaktoriin.

15 Saostamisreaktoriin sovitettu hajotus-ja sumutuslaite 14, jonka vaakasuora leikkaus on esitetty kuviossa FIG.2, on tappimyllyperiaatteella toimiva iskusekoitin tai läpivirtaussekoitin, jossa on 6 samankeskistä siivillä 26a, 26'a, 26"a, 28a, 28'a, 28"a varustettua kehää 26, 26’, 26", 28', 28', 28". Laitteessa 14 hajotetaan saostamisreaktoriin syötettävä kalsiumhydroksidiliete ja mahdollinen muu kiintoaine 20 pieniksi osasiksi, nestepisaroiksi ja/tai kiintoainehiukkasiksi, ja syötetään laitteesta 14 sumumaisesti edelleen saostamisastiaan 12. Viipymäaika hajotus-ja sumutuslaitteessa on erittäin lyhyt < 10 sek., tyypillisesti < 2 sek., tyypillisimmin jopa alle 1 sek.

Kuten kuviossa FIG. 2 esitetyt nuolet indikoivat toimivat hajotus- ja sumutuslaitteen 14 ensimmäiset kehät 26, 26’, 26” roottoreina, jotka kuvion esittämässä tapauksessa 25 kulkevat vastapäivään. Myös toiset kehät, ensimmäisten kehien vierekkäiset kehät, 28, 28’, 28” toimivat roottoreina, jotka kuitenkin kuvion esittämässä tapauksessa kulkevat myötäpäivään. Vastakkaisiin suuntiin kulkevien roottoreiden kehien nopeusero on 5 - 400 m/s, tyypillisesti 5 - 200 m/s. Kehille on sovitettu siipiä 26a, 26a’, 26a” ja 28a, 28a’, 28a”, jotka kohtaavat laitteen läpi säteittäisesti ulospäin 30 kulkevan kalsiumhydroksidilietteen kohdistaen siihen toistuvia iskuja ja vastaiskuja.

13

Samalla syntyy vierekkäisten roottorien siipien väliin, siipien lähestyessä toisiaan, ylipaine, ja siipien etääntyessä toisistaan, alipaine. Paine-erot aikaansaavat lietteessä erittäin nopeita yli-ja alipainepulsseja. Laitteen 14 läpi kulkevassa materiaalissa ^ syntyy samalla lisäksi leikkausvoimia ja turbulenssia.

5 Kalsiumhydroksidiliete ja mahdollinen muu aine syötetään, kuviossa FIG. 1 esitetyllä, putkella 16 hajotus-ja sumutuslaitteen 14 keskikohtaan 30, josta liete roottorien siipien vaikutuksesta ja laitteen keskustan ja ulkokehän välisestä paine-erosta johtuen kulkee säteittäisesti ulospäin kohti uloimman kehän 28” avointa ulkoreunaa 32. Kalsiumhydroksidiliete ja muu mahdollinen aine voidaan tarvittaessa syöttää 10 laitteeseen 14 myös kehien väliin. Kalsiumhydroksidi ja mahdolliset muut aineet voidaan haluttaessa syöttää laitteeseen 14 erillisillä putkilla, jolloin ne tulevat kosketukseen toinen toistensa kanssa vasta tässä laitteessa.

Vastakkaisiin suuntiin kulkevien roottorien siipien aikaansaamat iskut ja vastaiskut, leikkausvoimat, turbulenssi sekä ali- ja ylipainepulssit, hajottavat 15 kalsiumhydroksidilietteen hienon hienoiksi osasiksi, nestepisaroiksi ja kiintoainehiukkasiksi. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa materiaalivirtaus pystyy tästä huolimatta kulkemaan suhteellisen avointa reittiä kehien läpi eikä laite siksi ole vaarassa tukkeutua.

Kuvien FIG. 1 ja 2 esittämässä keksinnön mukaisessa ratkaisussa johdetaan saostava 20 kaasu, C02, putkella 18 hajotus-ja sumutuslaitteeseen 14 sen kehien keskikohtaan 30. Saostavaa kaasua voidaan haluttaessa lisäksi tai vaihtoehtoisesti syöttää eri kehien väliin. Keskikohdasta 30 tai kehien välistä kaasu virtaa säteittäisesti ulospäin muodostaen sekä laitteessa 14 että sitä ympäröivään tilaan saostamisastiassa 12 saostavaa kaasua sisältävän kaasuthan 34. Kaasua poistuu saostamisreaktorin 25 yläosasta putkella 21. Osa poistuvasta kaasusta voidaan palauttaa saostamisreaktoriin putkella 18'. Putkessa 18'on jäähdytys 17. Saostamisreaktiot käynnistyvät jo hajotus-ja sumutuslaitteessa kun kaasu joutuu kosketukseen kalsiumhydroksidilietteen tai muun mineraaliaineksen kanssa.

Kalsiumhydroksidiliete muodostaa hajotus-ja sumutuslaitteen 14 käsittelyssä hienon 30 hienoja pisaroita ja hiukkasia, jotka hajaantuvat laitteesta 14 sitä ympäröivään 14 kaasuthan osaan 34’. Hienot pisarat ja hiukkaset sinkoutuvat ulos laitteesta 14 pääasiallisesti sen koko uloimman kehän alueelta sumumaisena virtauksena 36. Syöttölaitteen ulkopuolella saostamisreaktiot voivat jatkua suhteellisen pitkään hienojen pisaroiden ja hiukkasten levittäytyessä laajalle alueelle saostamisastiaan 12.

5 Saostuva kalsiumkarbonaatti ja mahdollisesti osa saostumattomasta kalsiumhydroksidista laskeutuu saostamisastian pohjalle ja poistetaan astiasta putkella 20.

Saostamisastian 12 koko, muoto, leveys ja korkeus voidaan valita siten, että syöttölaitteesta ulos sinkoutuvat pisarat ja hiukkaset saavat mahdollisimman sopivan 10 pituisen viipymäajan saostamisastian kaasutilassa 34’. Esimerkiksi lisäämällä saostamisastian 12 korkeutta tornimaiseksi tai kasvattamalla sen halkaisijaa voidaan kalsiumhydroksidilietteen viipymäaikaa pidentää.

Saostamisreaktorissa 10 tapahtuvia prosesseja voidaan säätää myös säätämällä esimerkiksi hajotus-ja sumutuslaitteen 14 kehien lukumäärää, kehien välistä 15 etäisyyttä, kunkin kehän siipien välistä etäisyyttä, siipien dimensio itä ja siipien asentoa.

Kuvioissa FIG. 3 ja 4, joissa on esitetty toinen keksinnön mukainen saostamisreaktori hajotus-ja sumutuslaitteineen 14, on käytetty soveltuvin osin samoja viitenumerolta kuin kuvioissa FIG. 1 ja 2. Kuviossa FIG. 3 esitetty toinen keksinnön mukainen 20 saostamisreaktori 10 eroaa FIG. 1 ja 2 esitetystä lähinnä siten, että reaktori käsittää suljetulla ulkokehällä 32 varustetun hajotus-ja sumutuslaitteen 14, joka samalla muodostaa koko saostamisreaktorin. Saostamisreaktorissa ei ole varsinaisesti erillistä hajotus-ja sumutuslaitteen ulkopuolelle ulottuvaa saostamistilaa. FIG. 3 ja 4 mukainen ratkaisu soveltuu käytettäväksi esimerkiksi silloin kun 25 saostamisreaktioiden voidaan olettaa ehtivän tapahtua halutulla tavalla jo hajotus-ja sumutuslaitteen kaasutilassa tai jos reaktoreita on useampia.

Kuvion FIG, 3 ja 4 mukaisen hajotus-ja sumutuslaitteen 14 ulointa kehää 28" ympäröi kotelo 40, joka sulkee kehän. Koteloon on muodostettu poistoaukko 42 saostuneen kalsiumkarbonaatin poistamiseksi laitteesta 14. Saostunut 30 kalsiumkarbonaatti voidaan poistoaukosta 42 johtaa putkella jatkokäsittelyyn tai 15 jatkoprosessiin tai palauttaa putkella 43 putkeen 16 syötettäväksi uudelleen hajotus-ja sumutuslaitteeseen 14. Putkessa 16 voi olla jäähdytin 45.

Sekä kuvioiden FIG. 1 että FIG. 3 mukaisia saostamisreaktoreita voidaan sovittaa 2 tai useampia sarjaan peräkkäin. Kuviossa FIG. 5 on esitetty kolmen FIG. 1 mukaisen 5 saostamisreaktorin ryhmä. Kuviossa on soveltuvin osin käytetty samoja viitenumerolta kuin edellisissä kuvioissa.

Kuviossa FIG. 5 on esitetty kolme saostamisreaktoria 10,107 ja 10”, joissa kalsiumhydroksidi saatetaan kosketukseen hiilidioksidi kaasun kanssa kalsiumhydroksidin karbonoimiseksi eli CaCCb saostamiseksi. Reaktorit on kytketty 10 peräkkäin siten, että ensimmäisestä reaktorista 10 johdetaan saostunutta karbonaattia ja saostamatonta kalsiumhydroksidia sisältävä suspensio poistoputkesta 20 toisen reaktorin 10’ syöttöputkeen 16’. Toisesta reaktorista 10’ johdetaan vastaavasti suspensio, jossa on suurempi määrä karbonoitua kalsiumkarbonaattia, poistoputkesta 20'kolmannen reaktorin 10” syöttöputkeen 16”.

15 Jokaiseen reaktoriin johdetaan hiilidioksidipitoista kaasua putkilla 18, 18', 18".

Syöttöputkella 18 johdetaan ensimmäiseen reaktoriin 10 hiilidioksidipitoista kaasua, jolla saadaan käyntiin saostuminen (karbonoituminen) ja karbonaatin syntyminen hajotus-ja sumutuslaitteessa 14. Toiseen ja kolmanteen saostamisreaktoriin 10’, 10” voidaan putkilla 18’, 18” johtaa samaa tai muuta hiilidioksidipitoista kaasua viemään 20 saostamisreaktiot (karbonointi) loppuun. Kaasua poistetaan reaktoreista poistoputkilla 21,21’, 21”.

Keksinnön mukaisesti on kuvion FIG. 5 tapauksessa poistoputkeen 20 ja 20' sovitettu jäähdytin 17 ja 17'jäähdyttämään saostamisreaktoreihin 20'ja 20" syötettävää materiaalia.

25 Saostamisreaktoreiden 10,10'ja 10" väleissä voi olla siirto-tai varastosäiliöitä, joissa edellisestä saostamisreaktorista tuleva kalsiumkarbonaattipitoinen tuote voidaan varastoida jonkin aikaa, joitakin minuutteja tai enemmänkin.

16

Kuviossa FIG. 6 on esitetty toinen saostamisreaktoriryhmä, jossa on peräkkäin yksi kuvion FIG.3 mukainen saostamisreaktori 10 ja kaksi sarjaan sovitettua kuvion FIG. 1 mukaista saostamisreaktoria 10', 10”.

Kalsiumhydroksidia johdetaan putkella 16 ja hiilidioksidipitoista kaasua putkella 18 5 ensimmäiseen saostamisreaktoriin 10 eli hajotus-ja sumutuslaitteeseen 44.

Saostamisreaktorista 10 poistuva materiaali johdetaan kaasunerotukseen 50, jossa hiilidioksidipitoinen kaasu erotetaan kalsiumhydroksidia ja kalsiumkarbonaattia sisältävästä materiaalista. Hiilidioksidia ja höyryä sisältävä kaasu johdetaan putkella 54 kaasun pesu-ja jäähdytyslaitteeseen 52, josta hiilidioksidipitoista kaasua 10 johdetaan putkella 18'toiseen saostamisreaktoriin 10'sen hajotus-ja sumutuslaitteeseen 14. Kalsiumhydroksidia ja kalsiumkarbonaattia sisältävä materiaali johdetaan kaasunerotuslaitteesta putkella 16', jossa on jäähdytin 11, niin ikään toiseen saostamisreaktoriin sen hajotus-ja sumutuslaitteeseen 14.

Saostamisreaktorin 10'yläosasta poistetaan putkella 21 kaasua, joka tyypillisesti 15 sisältää höyryä ja hiilidioksidia. Kaasu johdetaan käsiteltäväksi kaasun pesuja jäähdytyslaitteeseen 52. Laitteessa 52 käsitellystä hiilidioksidipitoista kaasusta kierrätetään putkella 18'osa takaisin saostamisreaktoriin 10'ja toinen osa 18" seuraavaan saostamisreaktoriin 10". Saostamisreaktorin alaosasta poistetaan siihen kerääntyvää saostunutta kalsiumkarbonaattia ja saostumatonta kalsiumhydroksidia 20 poistoputkeen 20.

Kuvion FIG. 6 kolmas saostamisreaktori 10” toimii pääasiallisesti kuten toinen saostamisreaktori 10'. Toisen reaktorin 10'pohjalta putkeen 20 poistettu materiaali, joka sisältää kalsiumhydroksidin lisäksi saostunutta kalsiumkarbonaattia, johdetaan putkella 16” alakautta kolmanteen reaktorin 10” sen hajotus-ja sumutuslaitteeseen 25 14'. Pesu-ja jäähdytyslaitteesta 52 johdetaan hiilidioksidipitoista kaasua kolmanteen reaktoriin 10”putkella 18". Kolmannen reaktorin 10” pohjalta poistetaan putkella 20’valmiiksi saostunutta kalsiumkarbonaattia. Kolmannen reaktorin 10” yläosasto poistetaan putkella 21'kaasua, joka viedään kaasun pesuun ja jäähdytykseen laitteeseen 52 edelleen kierrätettäväksi.

' ' 17

Kuviossa FIG. 7 on esitetty saostamisreaktoriryhmä, joka käsittää yhden kuvion FIG. 3 mukaisen saostamisreaktorin 10 ja kolme sarjaan sovitettua kuvion FIG. 1 mukaista saostamisreaktoria 10', 10", 10"'. Ensimmäinen saostamisreaktori toimii kuten kuviossa FIG. 6 esitetty saostamisreaktori. Kuvion FIG. 1 mukaiset kolme 5 saostamisreaktoria 10', 10", 10"' on sovitettu päällekkäin ja kalsiumhydroksidiliete syötetään reaktoreissa oleviin syöttö laitteisiini4,14', 14" ylhäältä käsin, toinen reaktori 10'on päällimmäisenä ja kolmas reaktori 10”'alimmaisena, jolloin kalsiumhydroksidi- ja kalsiumkarbonaatti-pitoinen materiaali tulee reaktorien läpi virratessaan kulkemaan pääasiallisesti alaspäin.

10 ESIMERKIT

Seuraavassa esimerkissä esitettyjen kokeiden tarkoitus on esittää miten keksinnön mukaisella ratkaisulla voidaan vaikuttaa saostuneen kalsiumkarbonaatin ominaispinta-alaan ja hiukkaskokoon. Tarkoituksena on ainoastaan valaista keksintöä ei mitenkään rajoittaa sitä.

15 Seuraavassa esitetään tulokset tehdyistä kokeista KP 1 - KP4, joissa keksinnön mukaisesti saatettiin kalsiumhydroksidiliete saostumaan hiilidioksidipitoisella kaasulla. Kokeissa KP 1 ja KP2 kalsiumhydroksidiliete jäähdytettiin 13 °C:seen ennen karbonoinnin aloittamista. Lisäksi koepisteessä KP2 karbonoitavaa lietettä jäähdytettiin karbonoinnin aikana. Kokeissa KP3 ja KP4 kalsiumhydroksidilietteen 20 lähtölämpötila oli 30 °C . Kokeessa KP4 kalsiumhydroksidilietteeseen lisättiin sorbitolia.

Kaikissa kokeissa käytettiin sekä laadultaan että kuiva-aineeltaan samanlaista Ca(OH)2 lietettä sekä koostumukseltaan samanlaista C02-pitoista kaasua. Ca(OH)2-lietteen kuiva-ainepitoisuus säädettiin siten, että lopputuotteen eli 25 saostuneen kalsiumkarbonaatin kuiva-aineeksi saatiin 17 %.

KP 1. Ca(OH) 2-lietteen lämpötila säädettiin 13 °C: seen, minkä jälkeen liete pumpattiin saostamisreaktorin läpi. Laitteistoon syötettiin ylimäärä C02-pitoista kaasua. Syötettäessä Ca(OH)2-liete saostamisreaktoriin se pisaroitui erittäin hienojakoiseksi sumuksi C02-pitoiseen kaasuun. Tämä käsittely toistettiin kolme 18 kertaa, minkä jälkeen saadun saostuneen kalsiumkarbonaatin, PCC-lietteen, pH oli 6,8. Käsittelyn aikana lämpötila nousi 55 °C:seen.

KP2. Toinen koe tehtiin kuten ensimmäinen paitsi, että lietettä jäähdytettiin valmistuksen aikana siten, että sen lämpötila ei noussut 27 °C:n yli. PCC-lietteen pH 5 kolmannen käsittely jälkeen oli 6,9.

KP 3. Kolmas koe tehtiin kuten ensimmäinen koe paitsi, että Ca(OH) 2-lietteen lämpötila oli alussa 30 °C. Käsittelyn aikana lietteen lämpötila nousi 61 °C:seen. Lietteen pH oli käsittelyn jälkeen 6,8.

KP 4. Neljäs koe tehtiin kuten kolmas koe paitsi että Ca(OH) 2-lietteeseen 10 sekoitettiin 1,5 % sorbitolia laskettuna valmistettavan PCC:n määrästä. Tämän käsittelyn aikana lietteen lämpötila kohosi 60 °C:seen. Lietteen pH kolmannen käsittelyn jälkeen oli 6,9.

Näin valmistetuista näytteistä mitattiin ominaispinta-ala (Micromeritics Flowsorb ITI laitteella) sekä määritettiin partikkelien keskikoko elektronimikroskooppikuvien 15 perusteella. Taulukossa 1 on esitetty saadut tulokset.

Taulukko 1

Koe KP 1 KP 2 KP 3 KP 4 jäähdytys — kyllä —

20 lähtö lämpötila 13 13 30 30 °C

max. lämpötila 55 27 61 60 °C

sorbitolia — 1,5 % d50 40 30 50 35 nm omin.pinta-ala 60 81 48 65 m2/g 25 Kokeet KP 1 ja KP 2 osoittavat, että jäähdyttämällä karbonoitavaa lietettä (Ca(OH)2) saostamisen aikana saatiin kalsiumkarbonaattituotetta, jonka partikkelit olivat 19 huomattavasti pienemmät (30) kuin ilman jäähdytystä (40). Vastaavasti kokeessa KP 2 saatiin suurempi ominaispinta-ala (81) kuin kokeessa KP 1 (60).

Kokeet KP1 ja KP3 osoittavat, että KP1 :ssä. jossa Ca(OH)2 -lietteen lähtölämpötilaa alennettiin, saadaan kalsiumkarbonaattituotetta, jonka ominaispinta-ala on suurempi 5 ja partikkelit pienempiä kuin KP3:ssa. .

Kokeet KP 3 ja KP 4 osoittavat, että sorbitolilisayksellä voidaan myös saada pienemmät partikkelit ja vastaavasti suurempi ominaispinta-ala.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla on aikaansaatu yksinkertainen, jatkuvatoiminen ja 10 nopea tcknis-taloudellinen menetelmä ja laite hyvin pienistä < 100 nm pääasiallisesti \ irrallisista partikkeleista muodostuvan kalsiumkarbonaattituotteen teolliseksi valmistamiseksi. Menetelmällä voidaan helposti aikaansaada kalsiumhydroksidin täydellinen karbonoituminen. Reaktioaika on lyhyt, eli karbonoituminen tapahtuu nopeasti, ja johtaa pienten, tasalaatuisten korkean ominaispinta-alan omaavien 15 partikkelien muodostumiseen. Prosessi on aikaisempaa vähemmän riippuvainen kalsiumhydroksidisyötteen partikkelikoosta ja kuiva-ainepitoisuudesta.

Menetelmä ja laite ovat yksinkertaisia. Tuotteen pääkomponentit voidaan tyypillisesti lisätä prosessiin yhtä aikaa, jolloin aineet pääsevät heti reagoimaan toistensa kanssa.

Menetelmä ja laite johtavat myös taloudelliseen lopputulokseen. Käytetty laite on 20 energiatehokas saavutettuihin tuloksiin nähden. Laitteella saadaan syötetty mineraaliaines, kalsiumhydroksidipitoinen liete tai liuos, erittäin hienoiksi pisaroiksi tai hiukkasiksi. Menetelmässä voidaan käyttää lähtöaineena suuren kuiva-ainepitoisuuden omaavaa kalsiumhydroksidia, jolloin myös saadaan korkean kuiva-aineen omaava kalsiumkarbonaattituote.

25 Menetelmä sallii käytettävän laajan valikoiman muuttujia, jolloin oikea säätö kussakin erityisessä tapauksessa on helppo löytää. Jäähdytyksellä on mahdollista tarvittaessa aikaansaada myös tasainen prosessilämpötila.

20 Käyttämällä karbonointiprosessin yhteydessä lisäaineena jotakin polyölia, kuten sorbitolia, voidaan vaikuttaa muodostuvan kalsiumkarbonaatin ominaispinta-alaan, partikkelikokoon ja/tai tasakokoisuuteen. Tällöin jäähdytystä ei tarvita yhtä paljon tai mahdollisesti ei lainkaan toivotun hyvin pienen hiukkaskoon omaavan 5 kalsiumkarbonaattituotteen valmistamiseksi. Toisaalta voidaan samalla jäähdytyksellä päästä polyolin lisäyksen avulla entistäkin pienempään partikkelikokoon.

Myös muilla lisäaineilla voidaan suoraan päästä vaikuttamaan tuotteen pintakemiallisiin ominaisuuksiin.

Keksintöä ci ole tarkoitus rajoittaa edellä esimerkinomaisesti esitettyihin selityksiin ja 10 esimerkkeihin, vaan keksintö on tarkoitus laajasti soveltaa jäljempänä esitettyjen patenttivaatimusten määrittelemissä puitteissa.

Claims (19)

21 .

1. Menetelmä pienistä kalsiumkarbonaattipartikkeleista muodostuvan kalsiumkarbonaattituotteen valmistamiseksi yhdessä tai useammassa 5 jatkuvatoimisessa peräkkäisessä saostamisreaktorissa (10,10', 10", 10'"), joka menetelmä käsittää - kalsiumhydroksidin (Ca(OH) 2) tai muun vastaavan Ca++- ionilähteen, josta hiilidioksidilla saadaan muodostumaan kalsiumkarbonaattia, syöttämisen pisaroina , ja/tai hiukkasina saostamisreaktorissa olevaan hiilidioksidipitoiseen kaasuun, 10 saostuneiden kalsiumkarbonaattipartikkelien muodostamiseksi, tunnettu siitä, että - kalsiumhydroksidi tai muu vastaava Ca4"1- ionilähde syötetään saostamisreaktoriin saostamisreaktorissa olevan tappimyllyperiaatteella toimivan hajotus-ja sumutuslaitteen (14, 44) kautta, 15 ja että - lämpötila saostamisreaktorissa pidetään < 65 °C:ssa - syöttämällä ainakin osa hiilidioksidista saostamisreaktoriin alennetussa lämpötilassa, tai jopa hiilihappojäänä, - saostamisreaktoriin jäljestetyillä jäähdytyselimillä (15,15*), ja/tai 20. kierrättämällä kalsiumkarbonaattipitoista materiaalia ja/tai ; hiilidioksidipitoista kaasua saostamisreaktorista jäähdyttimeen ja jäähdyttimestä takaisin saostamisreaktoriin, pääasiallisesti irrallisista pienistä < 100 nm partikkeleista muodostuvan kalsiumkarbonaattituotteen valmistamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila saostamisreaktorissa alennetaan <, - syöttämällä ainakin osa kalsiumhydroksidista tai muusta vastaavasta Ca++-ionilähteestä saostamisreaktoriin alennetussa lämpötilassa, - saostamisreaktoriin järjestetyllä jäähdyttävällä vaipalla (13), ja/tai - viemällä kalsiumkarbonaattipitoista materiaalia ja/tai hiilidioksidipitoista kaasua ensimmäisestä saostamisreaktorista jäähdyttänen kautta toiseen saostamisreaktoriin.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osa kalsiumhydroksidista syötetään saostamisreaktoriin alle 30 °C:ssa, tyypillisesti 5-30 5 °C:ssa, edullisesti 10 - 20 °C:ssa, tyypillisimmin < 17 °C:ssa. .

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - lämpötila saostamisreaktorissa pidetään tyypillisesti 10-65 °C:ssa, tyypillisemmin 30 - 65 °C:ssa, tyypillisimmin < 40 °C:ssa.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 saostamisreaktori (10, 10', 10", 10"') toimii jatkuvatoimisena, jolloin - saostamisreaktoriin jatkuvasti syötetään ainakin kalsiumhydroksidia ja hiilidioksidia ja - saostamisreaktorista jatkuvasti poistetaan kalsiumkarbonaattipitoista materiaalia.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 ainakin osa ensimmäisestä saostamisreaktorista (10) poistettavasta kalsiumkarbonaattipitoisesta materiaalista jäähdytetään ja palautetaan takaisin ensimmäiseen saostamisreaktoriin (10) tai johdetaan seuraavaan saostamisreaktoriin (10', 10", 10'") tappimyllyperiaatteella toimivan laitteen kautta.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 kalsiumhydroksidi syötetään saostamisreaktoriin kalsiumhydroksidiliuoksena ja/tai kalsiumhydroksidilietteenä, ja että - kalsiumhydroksidilietteen tai -liuoksen pisara- ja/tai hiukkaskokoa pienennetään ; tappimyllyperiaatteella toimivassa hajotus- ja sumutuslaitteessa (14,44) < 200 pm hiukkaskokoon kohdistamalla siihen iskuja ja vastaiskuja, jotka 25 aikaansaadaan laitteen (14,44) 5 - 250 m/s kehänopeudella kulkevilla tapeilla, siivillä tai vastaavilla elimillä.

8. Patenttivaatimuksen 1 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalsiumhydroksidia ja/tai palautuvaa kalsiumkarbonaattia sisältävän materiaalin viipymäaika hajotus-ja sumutuslaitteessa (14, 44) on < 10 sekuntia, tyypillisesti < 2 sekuntia, tyypillisimmin < 1 sekunti.

9. Patenttivaatimuksen 1 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalsiumhydroksidia ja/tai palautuvaa kalsiumkarbonaattia sisältävän materiaalin 5 tehollinen karbonointiaka saostamisreaktorissa (10,10', 10", 10"') on < 1 minuutti, tyypillisesti <30 sekuntia, tyypillisemmin < 10 sekuntia.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilidioksidi syötetään saostamisreaktoriin - tappimyllyperiaatteella toimivan hajotus- ja sumutuslaitteen (14,44) kautta ja/tai. 10. suoraan saostamisreaktorin saostamisastiaan (12) erillisellä kaasunsyöttölaitteella.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää useampivaiheisen jatkuvatoimisen karbonointiprosessin, jossa - prosessin ensimmäisessä vaiheessa, tyypillisesti päävaiheessa, saostetaan kalsiumhydroksidia kalsiumkarbonaatiksi ensimmäisessä saostamisreaktorissa (10), 15 minkä jälkeen prosessin ensimmäisessä vaiheessa saostunutta kalsiumkarbonaattia ja saostumatonta kalsiumhydroksidia johdetaan ensimmäisestä saostamisreaktorista toiseen saostamisreaktoriin (10'), ja - prosessin toisessa vaiheessa saostetaan toiseen saostamisreaktoriin johdetusta kalsiumhydroksidista ainakin osa, tyypillisesti loppuosa, kalsiumkarbonaatiksi, minkä 20 jälkeen prosessin toisessa vaiheessa saostunutta kalsiumkarbonaattia, ja ensimmäisestä saostamisreaktorista toiseen saostamisreaktoriin johdettua kalsiumkarbonaattia ja mahdollisesti jäljellä olevaa saostumatonta kalsiumhydroksidia johdetaan ulos toisesta saostamisreaktorista (10'), tarvittaessa kolmanteen saostamisreaktoriin (10").

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saostuneen kalsiumkarbonaatin partikkelikokoa säädetään säätämällä saostamisreaktoriin tai saostamisreaktoreihin syötetyn kalsiumhydroksidin kuiva-ainepitoisuutta, tyypillisesti säätämällä kuiva-ainepitoisuus < 30 %:iin, tyypillisesti 10 - 25 %:iin. [

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saostamisreaktoriin syötetään kalsiumhydroksidin ja hiilidioksidin lisäksi jotakin polyolia, kuten sorbitolia, ja että polyoli lisätään - saostamisreaktoriin syötettävään kalsiumhydroksidilietteeseen tai tämän lietteen 5 valmistuksessa käytettävään sammutusveteen, - suoraan saostamisreaktoriin, tyypillisesti hajotus- ja sumutuslaitteella, ja/tai - saostamisreaktorista poistuvaan kalsiumkarbonaattipitoiseen materiaaliin.

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saostuneeseen kalsiumkarbonaattiin lisätään ennen saostamisreaktoria, saostamisreaktorissa ja/tai : 10 sen jälkeen erikseen tai yhtä aikaa yhtä tai useampaa lisäainetta, kuten partikkelien pintojen pintakäsittelyyn soveltuvaa ainetta, kuten pintojen hydrofobointiin, kasvuun tai erillään pysymiseen vaikuttavaa ainetta, esimerkiksi polyolia, kuten sorbitolia, sokeria, rasvahappoa, kuten steariinihappoa, hartsihappoa, fosforihappoa, dispergointiainetta, kuten akryylipolymeerien natrium- tai ammoniumsuolojen 15 vesiliuoksia.

15. Laite pienistä kalsiumkarbonaattipartikkeleista muodostuvan kalsiumkarbonaattituotteen valmistamiseksi kalsiumhydroksidista, joka laite käsittää - ainakin yhden jatkuvatoimisen saostamisreaktorin (10,1 O', 10". 10"'), johon kalsiumhydroksidi tai muu vastaava Ca++- ionilähde, josta hiilidioksidilla saadaan 20 muodostumaan kalsiumkarbonaattia, hajotetaan ja sumutetaan hienoina pisaroina ja/tai hiukkasina ja jossa kalsiumhydroksidi tai muu vastaava Ca++- ionilähde saatetaan kosketukseen hiilidioksidipitoisen kaasun kanssa, saostuneiden kalsiumkarbonaattipartikkelien muodostamiseksi ja - laitteet (16,18) kalsiumhydroksidin tai muun vastaava Ca^- ionilähteen ja 25 hiilidioksidin syöttämiseksi saostamisreaktoriin ja laitteet (20) kalsiumkarbonaattituotteen poistamiseksi saostamisreaktorista, tunnettu siitä, että laite lisäksi käsittää - saostamisreaktoriin sovitetun tappimyllyperiaatteella toimivan hajotus- ja sumutuslaitteen (14,14', 14",44) kalsiumhydroksidin tai muun vastaavan Ca++- 30 ionilähteen hajottamiseksi hienoina pisaroina ja/tai hiukkasina saostamisreaktoriin, ja -jäähdytyslaitteet (1Γ,13,15,15',17,17') - saostamisreaktoriin syötettävän hiilidioksidin tai kiertävän kalsiumkarbonaatin lämpötilan alentamiseksi ja/tai - saostamisreaktorissa olevan materiaalin lämpötilan pitämiseksi alhaisena.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että 5 - laite käsittää kaksi tai useampia peräkkäin toisiinsa virtausyhteydessä olevaa saostamisreaktoria (10,10', 10", 10'") ja että - peräjälkeen sovitettujen saostamisreaktoreiden väliin on järjestetty jäähdyttimet (11,17, 17',52) reaktorista toiseen virtaavan kalsiumkarbonaattipitoisen virtauksen jäähdyttämiseksi.

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että tappimyllyperiaatteeila toimivassa hajotus- ja sumutuslaitteessa olevien roottoreiden kehänopeus on 1 - 250 m/s ja eri tai samaan suuntiin kulkevien roottoreiden kehien tai vierekkäisten roottoreiden ja staattorien kehien nopeusero 5 - 400 m/s, tyypillisesti 5 - 200 m/s.

18. Patenttivaatimusten 1 -14 mukaisen menetelmän mukaan valmistettu kalsiumkarbonaattituote, jonka kalsiumkarbonaattipartikkelien - partikkelikoko, d50, tyypillisesti on < 100 nm, tyypillisemmin < 70 nm, tyypilhsimmin < 40 nm, ja - ominaispinta-ala tyypillisesti on > 20 m2/g, tyypillisemmin > 40 m2/g, tyypillisimmin 20 > 60 m2/g.

19. Patenttivaatimusten 1-14 mukaisen menetelmän mukaan valmistetun kalsiumkarbonaattituotteen käyttö sellaisenaan tai edelleen jalostettuna - lääke-, kosmetiikka-, elintarvike-, maali-, muovi-, kumi-, väriaine-, teknokemian-ja/tai paperiteollisuudessa.