JPH06501444A - 増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法発明の分野 本発明は、水に分散された時に予想外の高溶液粘度を示すベントナイト粘土を製 造する方法に関する。このような特性は・数多くの商業用途において極めて望ま しい。

ベントナイト類は、世界各地で採掘されている天然鉱石である。これらの物質類 は極めてコロイド状でかつ水に容易に膨潤してチキソトロピー性のゲルを形成す るので、それらは、粘度ビルグーとしての用途で周知である。ベントナイト類が 雲母シート構造を有するプレートタイプの粘土であるので、この結果が得られて いる。したがって、このような粘土は、水と混合した際に自己懸濁性、膨潤性お よびゲル化性である。ベントナイトは、こ・うした粘度構築性の特徴のために、 泥水および流体、コンクリートおよびモルタル添加剤、鋳物および成形川砂、砂 利および砂ならびに化粧品の圧縮剤などのような領域における粘度増強剤または ビルダーとしての用途が主である。

はとんどの天然のベントナイト類は自然界に見られ、そのナトリウムおよび／ま たはカルシウム形態で存在する。カルシウムベントナイトの粘度ビルグーとして の挙動は、ナトリウム形態へのその変換によって増強することができることが多 い。

先行技術詳細は、数種の方法によってベントナイト粘土の粘度構築特性を増強し ようとしている。はとんどにおいて、これらは、ベントナイト粗鉱石の加工（ま たはせん断）を伴っている。この連続工程〔シーフェンス（ｓｅｑｕｅｎｃｅ） 　］は、通常、（ｌ）たとえば粉砕のような加工；　（２）乾燥；および／また は（３）粉末化シーフェンスを必要としている。

いくつかの例において、アルカリ前処理の使用は、粉砕または加工段階の前に粘 土を”活性化”させると記載されている。

Ｈｅｎｔｚ、米国特許第４．３７１，６２６号は、したがって、アルカリ”活性 化”が、高カルシウムベントナイト粘土に必要であるとのみ記載している。Ｎａ ＯＨまたはＮ　ａ　２　ＣＯ）のいずれかからのナトリウムイオンは、カルシウ ムイオンに置換する場合関与するイオン交換機構があると示唆されている。

Ｈｅｎｔｚは、粗ナトリウムベントナイトは、その粘度構築特性に関してアルカ リ処理を行わないでも、単に（ｉ）粗粘土をせん断すること；　（ｉｉ）粘土を 乾燥させること：および（伍）乾燥粘土を粉砕／粉末化することによって、改良 することができると教示している。

Ａｌｔｈｅｒ、米国特許第４，２４２，１４０号は、（ｉ）粗粘土に対してＬ− １０重量％のＮａＯＨまたはＮａｚ　ＣＯ３を添加するかまたはそれを圧縮段階 において添加すること；　（ｉｉ）前記活性化側処理物質を圧縮すること；およ び（這）粉砕することによって、ベントナイトタイプの粗粘土を改良するための 方法を記載している。

Ａｌｔｈｅｒ法には全く乾燥が必要でなく、圧縮された粘土は、さらに乾燥を必 要とせず、所望のメツシュ径まで粉砕し、ふるい分ける。

Ａｌｔｈｅｒは、その後、論文でベントナイト活性化に関して当該標準的技術を 論評した。彼は、それを、”Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎ　Ｄｒｉｌｌ　Ｍｕｄ 　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｌｏｗ　Ｇｒａｄｅ　Ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ　ｂ ｙ　Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　ａ ｎｃｌ　Ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ　（同時化学的活性化および圧縮による低級ベン トナイトの泥水性の改良）”、ＩＮＴＥＲＣＥＲＡＭ、　Ｖｏｌ、　ＮＲ５，１ ９８２，ｐ、　５０３．　ニ下記のように要約している。

“標準的技術” 現在使用されている活性化方法は下記のようである。

１、炭酸ナトリウムを乾燥または溶解形態で（水に溶解して）先に追切したベン トナイト床上に塗によって粘土中に加工する。この床を次に頻繁に数カ月にわた り再加工し、均質性を改善する。炭酸ナトリウムを乾燥形態で前記床上に塗布す ると、ベントナイト固有の湿分、雨、水および雪のために溶解するであろう。活 梅化を貯鉱上で行うと、１５〜２０ｃｍのベントナイトの層が析出する。炭酸ナ トリウムをその後この層上に塗布または散布し、ディスクとした。その後、所望 の貯鉱サイズが達成されるまでこれらの段階を繰り返す。

２、ベントナイトを屋外で乾燥させない場合、押し出し器または複数押し出し器 段階への途中で炭酸ナトリウムを湿潤粗ベントナイトに添加でき、その後乾燥さ せる。炭酸ナトリウムに加えて水を添加し押し出しを促進するのが通常である。

このせん新作用によって粒子の方向性をなくし、イオン交換を増大させる。ここ で、ベントナイトは乾燥させず、湿分は押し出し後約２０％低下する。

３、ベントナイトを最初に混線機を通過させ、混練機は、この炭酸ナトリウムを ベントナイト中に加工し、次に蒸気を粘土中に通す。蒸気の粘度は低く、蒸気は 粘土集合体中に浸透でき、粘土集合′体を分割し、それによって浸透とイオン交 換を可能とする。さらに、ナトリウムイオンの移動性が蒸気の作用によって増加 し、交換速度を増加させる。

４、同様に混和機も使用でき、それによって、コンベアーベルト上に屋外乾燥ベ ントナイトがある間にソーダ灰をこのベントナイトに散布し、その後混和する。

上記に記載の方法のほとんどはこれらのパラメータを共有している；それらは、 時間、大量のエネルギー、および多量の水のいずれかを必要とするかまたは３個 のパラメーター全てを一度に必要とする。著者は、炭酸ナトリウムを同時に添加 しつつベントナイトを圧縮した際に時間およびエネルギーが節約できるばかりで なく、前記のＡＰＩ特性（粘度および水減量）は、旧式の方法を用いるよりもは るかに改善できるようである。

Ｌａｎｇ、米国特許第３，７００，４７４号は、先に粉末化した粗ベントナイト 粘土を圧縮することによって、より間単に水分散性とすることができると教示し ている。しかし、乾燥工程またはアルカリまたは塩の添加の必要性に関して、明 細書または請求の範囲のいずれにおいても全く言及されていない。

Ｇｏｏｄｍａｎら、米国第４．４８３．９３４号は、ベントナイト原鉱石を選鉱 してその色を改善する方法を記載している。これには、鉱石のアルカリ処理、加 工、選鉱によるせん断、その後の生成物の乾燥が含まれている。

上述の全ての場合において、先行技術は、前記シーフェンスの初期選鉱または” 加工”段階の前かまたはその間において、”活性剤”としてのアルカリまたは塩 処理を使用している。粉末化前の”乾燥混合”のような前記シーフェンスの最終 段階で添加されると考えられているかまたは記載されているアルカリの添加は全 く例がなく、実際問題として、このようなものは、先行技術教示に全く反するで あろう。

発明の要約 先行技術に記載されたものから処理シーフェンスをシフトさせることによって、 異常に高い溶液粘度の有意に増強されたナトリウムベントナイトを得ることがで きることが予想外にも見い出された。

我々が予想外にも見いだしたシーフェンスは、標準的技術の手順と理論を全く覆 している。この結果、この逆転ベントナイト処理で調製した溶液の溶液粘度が予 想外に増加することになる。

本発明は、いかなる塩処理も受けていない粗鉱石２０〜５０％の水スラリーをせ ん断することによる初期加工を必要とする。この結果として得られた生成物を次 に約５〜１５％湿分、好適には約５〜ｌＯ％、より好適には約５〜６％湿分まて 乾燥させる。この乾燥したベントナイト物質に対して、次に、典型的にはＮａｚ ＣＯ□である”ベントナイト活性化用”金属塩または水酸化物を添加する。この 乾燥混合物を次に粉末化する。前記の好適なＮａｚ　Ｃｏｎ塩を３〜５％の一般 的範囲で添加するが、ただし、８〜ｌＯ％Ｎａ２ｃｏ３までのある粗生成物も有 用である。

カルシウムベントナイトおよびカルシウムベントナイトおよびナトリウムベント ナイトの混合物の両方が本発明により有益な影響を受けるが、主にカルシウムベ ントナイトを出発粗生成物として使用することも好適である。

先の記載によれば、ベントナイト水溶液の粘度を有意に改善する（増加させる） ために工程に改良を加えることも本発明の目的と見なされる。

さらに本発明の目的は、長期の前熟成／活性化処理を全く必要とせずベントナイ ト類、特にカルシウムベントナイト類の改良方法を提供することである。

発明を実施するための最良の形態 本発明の好適な態様によれば、粗ベントナイトは、最初に混和機内部におけるせ ん断に供される。混和工程を３〜４回通過させることが有益であることが多いが 、多くのベントナイト類には必要ではない。その場合、たった１回の通過によっ て、本発明の利点のほとんどが付与される。混和機は、たとえば、米国特許第３ ，５７４，３４５号に記載の型である。

このようにして得られだせん断生成物を次に湿分的５〜６％にまで乾燥させる。

ただし、これ以上の湿分ち１０〜１５％まで使用可能である。

この段階のシーフェンスで得られた乾燥生成物を、次に、好適には約３〜５％Ｎ ａｚ　ＣＯ３と乾燥混合するかまたは混合する（数例において、約８〜ＩＯ重量 ％までのＮａｚ　Ｃｏｙが有益である）。そして、得られた混合物を次に粉末化 する。これは、この場合のＮａ２ＣＯａ塩が前記工程の最後に単なる乾燥混合に よって添加されるので、前記先行技術とは異なっている。前記先行技術は、鉱石 段階において、または前記鉱石を活性化するための初期混和段階においてのいず れかでＮａ２ＣＯｓのような塩を添加することを教示している。

さらに本発明の面によれば、下記のベントナイト活性化剤の塩類および水酸化物 類の大まかな分類は、本発明の目的に対処するために有益であろう。

炭酸塩類および硫酸塩類を含む可溶性塩類および水酸化物類を含むＮａ”、Ｌｉ ”、Ｋ＋およびＣｓ＋のＩＡ属表は、有用と考えられる。ｍＡ属カチオン類にお いて、可溶性塩類形態のＭｇ＋＋は、有益である。Ｎｉ＋＋、Ｚｎ”、Ｃｕ”＋ およびおそら＜Ｃｏ″“の遷移金属塩類は、有用と考えられる。上記のカチオン 類は、炭酸塩類および硫酸塩類または水酸化物類として入手可能であろう。特定 の例において、（ＮＨ，）２　Ｃｏｎ、Ａｌ□（ＳＯ，）、およびＦｅｗ　（３ ０４）ｚは、ある粘土について有用な活性化剤であろう。

本発明の好適な処理にはＮａ２ＣＯｚの使用が含まれるであろうが、最も有益な 結果を生むことが見いだされた。最も有効であると見いだされた塩添加のレベル はおよそベントナイト重量で１〜１０％の間であり、好適な範囲は、３〜５重量 ％であり、最適レベルは約５％である。

さらに、本発明の態様は、また、せん新段階においてピロリン酸４ナトリウム（ Ｔ　Ｓ　Ｐ　Ｐ）のような任意の分散剤を乾燥ベントナイト重量の約１〜５％の 量で使用することを含んでいるが、ただし、これに限定されない。

本発明はさらに下記の実施例によって例示されるが、例示のためのみてあり、他 に示した本発明を限定するものではない。

実施例１ 主に粗カルシウムベントナイトであり３５％湿分および２％ピロリン酸４ナトリ ウムを含有する粘土ウェットケーキ試料を、上述の型の従来の混和機を１回通し た。混和機通過時に発散されたエネルギーは、乾燥固体的３０Ｈｐ−ｈｒ／ｌｏ ｎてあった。この混和段階の完了時に、湿分が約５％に低下するまで前記物質を ＢｌｕｅＭ　（登録商標）のオーブン中で乾燥させた。その後前記試料を３％Ｎ ａ２ＣＯ３と乾燥混合してその後粉末化した。本試料をその後水に添加して、前 記溶液が５％固体レベルとなるようにした。ブルックフィールド（Ｂ　ｒ　ｏ　 ｏ　ｋｆｉｅｌｄ）粘度データをＮｏ、３スピンドルを用いて３０゜Ｃで測定し 、１１００ｃｐｓであった。

実施例２ 前記混和段階において全＜ＴＳＰＰを使用せず、実施例１の処理条件を繰り返し た。代わりに、２％ＴＳＰＰを３％炭酸ナトリウムと共に前記オーブンからの試 料と乾燥混合した。結果として得られたＢｒｏｏｋｆ　１ｅｌｄ粘度（Ｎｏ、２ スピンドル）は、５５５ｃｐｓであった。（実施例１から７までの金側において 、同一粗生成物を使用した。）実施例３ 全＜ＴＳＰＰを使用せずに５％炭酸ナトリウムをオーブン乾燥試料と乾燥混合し た以外は実施例２の条件を繰り返した。Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度測定値（Ｎｏ 、３スピンドル）は、１４３８ＣｐＳであった〇 実施例４ 本実施例の手順は従来の処理法となっており、対照とした。

本例では特に、実施例１の同−粗ベントナイト粘土の試料をその中に５％炭酸ナ トリウムが存在している混和機に１回通した。結果として得られた生成物を実施 例１と同一湿分まで乾燥して、本試料をその後水に添加し、実施例１と同様にそ のＢｒ。

ｏｋｆｉｅｌｄ粘度（スピンドルＮｏ、ｌ）を評価して、３２ＣｐＳであること が分かった。

実施例５ さらに、本実施例において対照を設けた。混和は全く行わなかった。代わりに、 約５〜ｌＯ％湿分の試料を５％炭酸ナトリウムと乾燥混合しその他は実施例１と 同様に処理し、９２０Ｃｐｓの粘度であることがわかった（Ｎｏ、３スピンドル ）。

実施例に の実施例は、もうひとつの対照となっている。使用した手順は実施例４と同一で あるが、ただし、混和機を３回通し、各回で乾燥固体的３０Ｈｐ−ｈｒ／ｌｏｎ のエネルギーを発散し、総計９０Ｈｐ−ｈｒ／ｌｏｎとなった。得られた生成物 は、１６ｃｐｓのＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度（Ｎｏ、１）を示した。

実施例７ 本手順は実施例３と同一であったが、ただし、混和機を３回通した。測定粘度（ Ｎｏ、３スピンドル）は、１７１０ｃｐｓ本実施例では（および実施例９〜１１ では）、先の実施例とは異なる粗ベントナイトを使用したが、まだ主にカルシウ ムベントナイトであった。使用した手順は実施例３と同一であったが、１５２ｃ ｐｓの粘度であることがわかった（Ｎｏ、１スビ使用した本手順は対照実施例４ のそれと同一であったが、ただし、粗生成物は実施例８のそれであった。結果と して得られた粘度（Ｎｏ、１スピンドル）は、８　ｃｐｓであると測定された。

実施例１０ 本実施例で使用した手順は実施例８と同一であったが、ただし、８％炭酸ナトリ ウムをオーブンからの生成物中に乾燥混合した。得られた粘度は、６００ｃｐＳ であると測定された（ＮＯ，３スピンドル）。

実施例１１ ここで使用した手順は実施例９と同一であったが、ただし、８％炭酸ナトリウム を使用した。測定粘度（Ｎｏ、ｌスピンドル）は、８　ｃｐｓであった。

本発明は特にその特定態様の観点から記載されてはいるが、本発明の多くの改変 が当業者には可能であること、その改変もまた先の教示の範囲にあることが本開 示から理解されるであろう。したがって、本発明は、本文に付属のクレームの範 囲および意図によってのみ解釈され、かつ、それによってのみ限定されるべきで ある。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成　４年　３月１７日

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．ベントナイト粘土の水性粘性構築性を増強する工程で、（ｉ）ベントナイト 粗鉱石を水性加工可能スラリーとしてせん断段階に供すること； （ｉｉ）その際得られた生成物を５〜１５％の湿分まで乾燥させること； （ｉｉｉ）１〜１０％のベントナイト活性化金属塩または水酸化物を乾燥混合物 としての固体に基づき添加すること；および（ｉｖ）得られた混合物を微細粉末 に粉末化すること；の段階からなる連続工程を有する増強された溶液粘度を示す ベントナイト粘土を製造する方法。
2. ２．ベントナイト活性化金属塩が、ＩＡ属およびＩＩＡ属周期律表カチオンの水 溶性炭酸塩類および硫酸塩類からなる群から選ばれた１種以上である請求の範囲 第１項記載の増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
3. ３．段階（ｉｉ）における生成物が約５〜６％湿分まで乾燥される請求の範囲第 １項記載の増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
4. ４．使用した塩がベントナイト固体類に基づいて３〜５％範囲内である請求の範 囲第１項記載の増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
5. ５．塩が炭酸ナトリウムからなる請求の範囲第４項記載の増強された溶液粘度を 示すベントナイト粘土を製造する方法。
6. ６．炭酸ナトリウムレベルが３〜８％である請求の範囲第５項記載の増強された 溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
7. ７．炭酸ナトリウムレベルが約５％である請求の範囲第６項記載の増強された溶 液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
8. ８．ベントナイト活性化剤がアルカリ金属水酸化物であることを請求の範囲第１ 項記載の増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
9. ９．水酸化物が水酸化ナトリウムである請求の範囲第８項記載の増強された溶液 粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
10. １０．ベントナイト粗鉱石が少なくとも１回の混和機通過に供されることによっ てせん断される請求の範囲第１項記載の増強された溶液粘度を示すベントナイト 粘土を製造する方法。
11. １１．ベントナイト粗鉱石が主にカルシウムベントナイトである請求の範囲第１ 項記載の増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
12. １２．乾燥後の湿分が段階（ｉｉ）において約５％である請求の範囲第１項記載 の増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
13. １３．化学分散剤が前記せん断段階において湿潤スラリーで存在する請求の範囲 第１項記載の増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
14. １４．分散剤がピロリン酸４ナトリウム（ＴＳＰＰ）である請求の範囲第１３項 記載の増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
15. １５．使用ＴＳＰＰがベントナイト固体に基づき１〜５％レベルである請求の範 囲第１４項記載の増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。
16. １６．炭酸ナトリウムが約３％および分散剤が約２％で添加される請求の範囲第 １３項記載の増強された溶液粘度を示すベントナイト粘土を製造する方法。