SE446948B - Forfarande for framstellning av en stabil pumpbar uppslamning av ett kalciumkarbonatmineral - Google Patents

Description

3Û 446 948 2 dcflockulerad vattenuppslamning med en sådan halt fasta ämnen, att ringa eller ingen sedimentering av partiklarna sker under transport och lagring. För att uppfylla detta villkor, bör halten fasta ämnen i uppslamningen vara hög, d.v.s. cirka 65 viktprocent eller mera, och företrädesvis ligga inom intervallet 70 - 85 viktprocent. Man har även allmänt funnit, att uppslamningen inte bör innehålla mera än cirka 1 viktprocent partiklar, som är större än 50 um, och att minst 3,7 kWh energi per ton torrt kalciumkarbonatf material bör fördelas i uppslamningen för att säkerställa, att en likformig och stabil uppslamning bildas. Det skulle vara fördelaktigt, om man kunde genomföra alla nödvändiga arbetsoperationer på kalciumkarbonatmaterial i en vatten- uppslamning med en halt fasta ämnen, som ligger nära den för uppslamningen erforderliga, vilken uppslamning skall transporteras och säljas. Ty om någon arbetsoperation genom- förs med en mera utspädd uppslamning, är det nödvändigt att tillsätta vatten till det råa kalciumkarbonatmaterialet (som i naturligt tillstånd kan innehålla upp till 20 vikt- procent vatten), och att sedan avvattna uppslamningen på något sätt. Dylika avvattninsoperationer är svåra och dyra.

Ett problem, som uppstår vid framställning av Vattenuppslamningar av fint malna kalciumkarbonatmaterial med höga halter fasta ämnen, är att t.o.m. efter malning med ett malmedium i partikelform och genomgång av uppslamr ningen av malet kalciumkarbonatmaterial genom en sikt för avlägsning av huvudsakligen alla partiklar större än 50 um, kalciumkarbonatet alltjämt innehåller små andelar, t.ex. högst 5 viktprocent, av partiklar, som är mindre än 50 um men större än 10 pm. Bland partiklarna i detta storleksinter- vall finns oundvikligen partiklar av hårda föroreningar, t.ex. kiseldioxid, som ger slipningsproblem när det malda kalciumkarbonatet användes som pigment eller fyllmedel.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att finna ett förfarande för framställning av en stabil, pump- bar uppslamning av ett kalciumkarbonatmineral, i vilket förfarande slipande partiklar avlägsnas från en deflockulerad, koncentrerad vattenuppslamning av kalciumkarbonatmatcríalet s/ '15 30 3 446 948 genom centrifugering av suspensionen vid en halt av fasta ämnen av minst 65 víktprocent under sådana betingelser, att mängden partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter av mer än 10 um, vilka partiklar finns närvarande i uppslamningen, minskas.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är ett förfarande för framställning av en vattenuppslamning av kaloiumkarbonatmaterial, som huvudsakligen är fri från slipande partiklar, vilket förfarande innefattar att man pulvriserar kalciumkarbonatmineralet under sådana betingel- ser; att man erhåller en deflockulerad vattenuppslamning av kalciumkarbonatmaterialet, vilken uppslamning har en halt av fasta ämnen av minst 65 viktprooent och som huvud- sakligen inte innehåller partiklar, som är större än 50 um; och att man centrifugerar den deflockulerade vattenuppslam- ningen av kalciumkarbonatmineralet under sådana betingelser, att man erhåller en kalciumkarbonatprodukt, vars halt av partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter av mer än 10 um är mindre än 1 viktprocent och som har formen av en stabil, pumpbar uppslamning, och en återstod, som innehåller partiklar, som är större än 10 um, i huvudsakligen torr form.

I Kalciumkarbonatmineralet pulvriseras företrädes- vis under sådana betingelser, att man erhåller en deflocku- lerad vattenuppslamning med en halt fasta ämnen i inter- vallet 70 - 85 viktprocent. Kalciumkarbonatmineralet pulv- riseras företrädesvis så, att man erhåller ett mineral, vilket till minst 60 viktprocent och företrädesvis till minst 80 viktprocent består av partiklar, som har en ekvivalent sfärisk diameter av mindre än 2 um. Uppslamningen deflockuleras företrädesvis med 0,05 - 0,50 viktprocent, beräknat på vikten av torrt kalciumkarbonat, av ett disper- germedel eller deflockuleringsmedel, som är en organisk polymer? t;ex. ett vattenlösligt salt av en poly(akrylsyra) eller av en poly(metakrylsyra) med en talmedelmolekylvikt av högst 5000 eller en sampolymer av den i den brittiska patentskriften 1 413 96% beskrivna typen. Sättet att pulvrí- sera kalciumkarbonatmaterialet beror i viss utsträckning på arten av kalciumkarbonatmaterialet: om materialet är 10 15 .25 446 948 » en naturlig krita (d.v.s. ett mineral, som är bildat av kokkoliter under kritaperioden), är det använda sättet företrädesvis det, som är beskrivet i den brittiska patent- skriften 1 215 576; och om kalciumkarbonatmineralet är en kalksten eller en marmor, är det använda sättet företrädes- vis det, som är beskrivet i den brittiska patentansökningen 5011?/75.

I en utföringsform av uppfinningen pulvriseras en naturlig krita genom att man först krossar den råa kritan från ett kalkstensbrott med en sågtandad kross, t.ex. den, som är beskriven i sitt "Chemical Engineers' Handbook", av Robert H. Perry och Cecil H. Chilton, Mc Graw-Hill Book Company, New York, 1973, sid. 8 - 22.

Den krossade kritan matas därefter till en kontinuerlig, konisk kulkvarn, som anger från en cylindersikt (t.ex. framställd av Hardinge-Koppers Company och beskriven på sidorna 8 - 28 och 8 - 29 i "Chemical Engineers' Handbook") tillsammans med tillräckligt mycket vatten för bildning av en vattenuppslamning med en halt av fasta ämnen i inter- vallet 60 - 75 viktprocent, företrädesvis 68 - 72 viktprocent, och med 0,05 - 0,5 viktprocent, beräknat på vikten av torr rå krita, av ett dispergeringsmedel. Inga malkulor användes i kvarnen och malningen sker autogent med flinta, som finns närvarande i den råa kalken, som verkar som malkroppar för kritan. En deflockulerad vattenuppslamning av krita strömmar genom öppningarna av cylindersikten och siktas sedan genom en sikt med öppningar på 0,25 mm. Uppslamningen, som passerar genom sikten, underkastas sedan sandmalning i en apparat, som är beskriven i den brittiska patentskriften 1 H69 028, tills partikelstorleksfördelníngen av det pulvriserade materialet är sådan att minst 60 viktprocent består av partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter av mindre än 2 um,varvid högst 5 viktprocent består av partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter av större än 10 um och, högst 0,05 viktprooent består av partiklar, som kvarhålles på en sikt, där öppningarna har en storlek av 53 um. Den i föreliggande förfarande använda centrífugen bör kunna ge en acceleration av minst 300 g. Dessutom är det fördelaktigt 10 15 20 30 s 446 948 om den deflockulerade vattenuppslamningen av kalciumkarbonat- materialet centrifugeras så lång tid, att produkten av uppehållstiden i sekunder och centrifugaccelerationen som en multipel av accelerationen på grund av tyngdkraften är minsL 12 UDH g.sckunder.

Produkten bör företrädesvis innehålla högst 0,5 viktprocent partiklar med en ekvivalent sfärisk dia- meter större än 10 pm och ha en slipförmåga (mätt enligt Valleys sliptest),som företrädesvis inte är större än 30.

Valleys sliptest, som användes här, genomfördes på samma sätt som och med användning av samma apparatur som den, som är beskriven i den brittiska patentansökningen 7977/77. Äterstoden, som innehåller slippartiklarna, bör företrädesvis ha en halt fasta ämnen av minst 85 vikt- procent, så att materialet huvudsakligen är torrt och icke - klibbigtoch därför inte häftar mot varandra vid ut- gången från centrifugen med därav följande hanteringsproblem.

Centrifugen kan vara av kontinuerlig eller diskontinuerligt arbetande typ. En diskontinuerligt arbetande centrifug kan matas kontinuerligt med en uppslamning under en given tidsperiod, och under denna period är produktuppslamningen huvudsakligen fri från överflöden av slippartiklar, men efter en viss tid måste tillförseln av mataruppslamningen stoppas och återstoden, eller materialet, som innehåller slippartiklarna avlägsnas från centrifug- skålen. Ett exempel på en lämplig diskontinuerligt arbetande centrifug är centrifugen med avskraparknivar, som är beskriven i Chemical Engineers' Handbook, 5:te upplagan, av Robert H.

Perry och Cecil H. Chilton, McGraw-Hill, Inc., New York, 1973, sid. 19 4 92 till 19 - 93. I en kontinuerligt arbetande centrifug tillföres mataruppslamningen kontinuerligt och produkten och återstoden uttages kontinuerligt. Ett exempel på en lämplig kontinuerligt arbetande centrifug är den kontinuerliga dekanteringsoentrifugen eller spiraltömnings- centrifugen, som är beskriven i Chemical Engineers' Handbook på sia 19 - 91 :11119 - 92.

Det kan vara fördelaktigt att tillföra matarupp- slamningen till centrifugen vid förhöjd temperatur, exempelvis vid en temperatur av 25 - 95OC. 'en 15 30 35 446 948 ß Uppfinningen belyses med följande exempel.

Exempel 1 Rå naturligt förekommande kalk från Wiltshire underkastades malning med kiselstenar under kort tid i när- varo av vatten och ett dispergermedel för bildning av en. deflockulerad uppslamning av naturlig krita, vilken upp- slamning innehöll 70 viktprocent krita och som huvudsakligen var fri från stora partiklar av flinta. Denna uppslamning behandlades sedan vidare i en kvarn med användning av "Leighton Buzzard sand", som malmedium, som består av partiklar i storleksintervallet 0;5 - 1,0 mm, tills kritans partikelstorleks/fördelning var sådan, att 90 viktprocent av partiklarna hade en ekvivalent sfärisk diameter av mindre än 2 um. Det använda dispergermedlet var ett natriumpolyakrylat med en talmedmolekylvikt av 1650 och den totalt använda mängden var 0,3 viktprocent, beräknat på vikten av torr krita. Uppslamningen av fint malen krita fick därefter passera genom en sikt med en maskvidd av 0,25 mm för separa- tion av kritan från malmediet. Kritan, som passerade genom sikten, innehöll 3 viktprocent partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter av mer än 10 pm och den hade ett sliptal av 110, mätt med "Valleys abrasíon tester".

Prov av denna uppslamning fördes direkt från friktionskvarnen, vid en begynnelsetemperatur av 85°C, genom en kontinuerlig dekanteringscentrifug, som innefattade en skål med en cylindrisk del med diametern H57 mm och längden #57 mm och en stympat konisk del med längden 25U mm och avsmalnande till en diameter av 365 mm. Volymen av denna "brunn" i centrifugen var 27,2 liter. Skälen kunde olika hastigheter med en motor på 30 kW. Spiraltransportören för avlägsning av avsatta fasta ämnen från skålens insida drevs, vid en hastighet cirka 9 - 12 rpm mindre än skålens hastighet, från skålens huvudaxel via en planetväxellåda.

Produktuppslamningen överströmmade vid skålens ände med den stora diametern och återstoden fördes mot änden med mindre diameter. Den stvmpat koniska delen av skålen tjänstgjorde som en torr "strand", på vilken vätska kunde avrinna från återstoden innan återstoden avlägsnades från skålen genom lämpliga öppningar. '1 Ü 20 30 7 446 948 Centrifugen roterades med olika hastigheter och prov av uppslamningen fick genomströmma vid olika matar- hastighet för bestämning av den maximala hastigheten, vid vilken mataruppslamningen kunde bringas att passera vid en given centrifughastighet och man ändå skulle uppnå den önskade minskningen i slipvärde och i andelen partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter av mer än 10 um. De erhållna resultaten är återgivna i tabell 1. _ I alla fallen överströmmade produkten från centrifugen i form av en stabil pumpbar uppslamning med en halt av fasta ämnen av 70 viktprocent och med för transport och lagring lämpliga egenskaper. Återstoden uttogs i huvud- sakligen torr form med en halt fasta ämnen i intervallet 85 _ øü viktprocent.

Exgmpel 2 Rå naturlig krita från Paris-bäckenet, Frankrike behandlades-på det i exempel 1 beskrivna sättet så, så att den;finma1da kritan i uppslamningen, som passerade genom den till friktionskvarnen hörande sikten med maskvidden 0,25 mm, hade en sådan partikelstorleksfördelning, att 91 viktprocent utgjordes av partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter av mindre än 2 um, 1,3 viktprocent utgjordes av partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter av mer än 10 um och 0,76 viktprocent utgjordes av partiklar, som var större än 0,53 pm.

Uppslamningen med en halt av fasta ämnen av 75 viktprocent matades vid rumstemperatur i en "avskrapnings"- centrifug med en cylindrísk skål med inre diametern 1050 mm och längden 500 mm och som roterade omkring en horisontal axel. Vätskefraktionen överströmmade en över- loppskant av centrifugen med en höjd av 150 mm över skålens vägg och den fasta fraktionen, som ansamlades på skålens vägg,avlägsnades genom att man stannade flödet av matarupp- slamningen och avskrapade de ansamlade fasta ämnena med jälp av en med två blad försedd kniv, vars position ut- efter eentrifugens axel och vars radiala avstånd från skål- väggen reglerades med lämpliga hydrauliska domkrafter.

Centrifugskålen kördes med en hastighet av 1065 rpm under 446 948 a matningsdelen och sedementeringfädelen av cykeln och med 650 rpm för avskrapning av de fasta ämnena.

.Vid försökets början accelererades centrifugen från vila till 1065 rpm på 3 minuter och mataruppslamningen 5 infördes sedan och produkten började att överströmma så snart som skålen var full. Tillförseln av mataruppslamningen och uttagningen av produkten fortsatte i 30 minuter, då de fasta ämnena befanns fylla nästan hela skålen, och materialet, som strömmade över från skålen, âterfördes till matar- 10 behållaren. Tillförseln av mataruppslamning med återföríng av överflödet fortsatte i 4 minuter, varefter skålen retarderades till 650 rpm på 3 minuter, de fasta ämnena avskrapades på 1 minut, skålen accelererades till 1065 rpm på'2 minuter och mataruppslamningen återinfördes för start 15 av en ny cykel. Mataruppslamningen tillfördes med en hastig- het av 154 liter per minut så att man erhöll en medeltill- förselhastighet över den H0 minuter långa cykeln av 11M liter per minut. Vid 1065 rpm var centrifugens acceleration H75 g.

Volymen av centrifugens brunn var 425 liter,och vid en 20 matningshastighet av 154 liter per minut var uppehållstiden 165 sekunder, så att produkten av accelerationen och uppe- hållstiden var 78 500 g-sekunder.

Medelprodukten har en sådan partikelstorleks- fördelning, att 88 viktprocent utgjordes av partiklar med 25 en ekvivalent sfärisk diameter av mindre än 2 um, 0,1 vikt- procent utgjordes av partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter större än 10 pm, och 0,03 viktprocent utgjordes av partiklar större än 53 um. Typvärdet enligt Valley var 23. Produktuppslamningen hade en halt av fasta ämnen av 30 73 viktprocent och för transport och lagring lämpliga egen- skaper. Den från centrifugen avlägsnade återstoden hade en medelhalt av fasta ämnen av 87 viktprocent och förelåg i huvudsakligen torr och lätt hanterbar form.

Exempel 3 35 Rå naturlig krita från Wiltshire behandlades på det i exempel 1 beskrivna sättet, så att den finmalda kritan i uppslamningen, som passerar genom den till frik- tionskvarnen hörande sikten med maskvidden 0,25 mm, hade en 10 15 20 #46 948 (Q sådan partikelstorleksfördelning, att 90 viktprocent ut- gjordes av partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter av mindre än 2 um.

Prov av denna uppslamning fördes direkt från friktionskvarnen, vid en begynnelsetemperatur av 85°C, genom en kontinuerlig dekanteringscentrifug, som liknar den i exempel 1 beskrivna.

Prov av uppslamningen bringades att genomströmma vid olika tillförselhastigheter,och andelen partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter av mer än 10 um och slíptalet enligt Valley mättes för matar- och produktuppslamningen.

Skålens hastighet var konstant 1600 rpm och spiraltranspor- tören roterade med 16 rpm mindre än skålen såvida inte de i skålen ansamlade fasta ämnena nödvändiggjorde större vridmoment, i vilket fall defldífiërentiella hastigheten ökades till 20 rpm. Volymen av centrifugbrunnen var 27,2 liter och centrifugens acceleration vid 1600 rpm var 566 g.

Resultaten är återgivna i tabell II.

I alla fallen var produkten, som strömmade över från centrifugen, i form av en stabil pumpbar uppslamning med för transport och lagring lämpliga egenskaper. Åter- stoden avlägsnades i huvudsakligen torr form, med en halt fasta ämnen i intervallet 85 - 90 viktprocentß 10 446 948 mßo om ßm oo: ww mw mmm oowf :“o om rm cow ow æx mm: oorw m,@ Om Om Qøw ßf mm www Gow? .U.w.N nål Ov cm wfißwvm ^cfiE\Hv ^.xmm.wv Axwmv Qmflxflpßwm w@@@>@fiHm Pwzwflpwms wfipmflflwzwßms wfip Aw xv pwsmflpmmß wcwUo9ß#Mfi> |>wfiHm> lmwcwñvmï KG0fiPnfiwHwoo< xmfifimßmmmb CoflPmQmawoo< lwfiwflhvcwo H HHmQmB 446 948 11 Oßwß m.~> »N mar >@.@ :~.f Qoß Q: Nß mw wßfß mßmß ßw mor afßo om.« omm mm om ßw ofimß m.wß ßm ßm cmao Qm.f omm om mm mr æßfß o.~> om mmw :m.c wm.« omm mv :N mm mßrß @.N» mm ßwf wwßn @f,« Qøw vf GN Nw @.«> mnwß mi Owf w~.@ mf.f OQN of ær fw Asfië vxflvofim .fimfimmflfiwh Pxäwofim Hwwfimmfififiæ Pxøwohm fiwwaæwfififiæ ^xwm|wv Mmm nmvflfiv . Gmfläm mPmmM >mflHm> En cv Sw UwwmHHmßwßmD X Axwmv Pwflwwummß Pswoo&aPx«> .Ham Hmwvfifim wfihmwm Pcw0o&mPxfi> cofiPmhwHwoo< flflvmfiamnwmmn lwwcficvmz HH HfimQmB

Claims (8)

446 948 10 15 20 25 30 35 _ 12 PATENTKRAV Förfarande för framställning av en stabil pumpbar upp- k ä n n e t e c k n a t

1. slamning av ett kalciumkarbonatmineral, av att man avlägsnar slipande partiklar från en avflockad kon- centrerad vattenuppslamning av kalciumkarbonatmineralet genom centrifugering av uppslamningen vid en torrhalt av minst 65 viktprocent under sådana betingelser att produkten av vatten- uppslamningens uppehållstid i centrifugen och den acceleration, vilken uppslamningen underkastas, är minst 12 000 g-s, varvid mängden närvarande partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter av mer än 10 um i uppslamningen reduceras. g

2. Förfarande för framställning av en vattenuppslamning av ett kalciumkarbonatmineral, som huvudsakligen är fri från sli- pande partiklar, vilket förfarande innefattar pulvrisering av kalciumkarbonatmineralet under sådana betingelser, att man er- håller en avflockad vattenuppslamning av kalciumkarbonatminera- let, vilken har en torrhalt av minst 65 viktprocent och är huvudsakligen fri från partiklar, som är större än 50 um, k ä n n e t e c k n a t av att den avflockade vattenuppslam- ningen av kalciumkarbonatmineral centrifugeras under sådana be- tingelser att produkten av vattenuppslamningens uppehållstid i centrifugen och den acceleration, vilken uppslamningen under- kastas, är minst 12 000 g-s, varvid man erhåller en kalcium- karbonatprodukt, vars halt av partiklar med en ekvivalent sfäri§< diameter över 10 um är mindre än 1 viktprocent och som har for- men av en stabil, pumpbar uppslamning, och en återstod, som innehåller partiklar över 10 um, i en huvudsakligen torr form.

3.1, Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att den till centrifugen förda avflockade vattenuppslamningens torrhalt ligger i intervallet 70 - 85 vikt- procent.

4. k ä n n e t e c k n a t av att uppslamningen avflockas med Förfarande enligt patentkravet 1, 2 eller 3, 0,05 - 0,50 viktprocent, räknat på vikten av torrt kalcium- karbonat, av ett organiskt polymert dispergermedel.

5. Förfarande enligt patentkravet 4, k ä n n e - t e c k n a t av att dispergermedlet är ett vattenlösligt salt av en poly(akrylsyra) eller po1y(metakrylsyra) med en talmedel- molekylvikt av högst 5000 eller är en sampolymer av den typ :de 10 15 20 446 948 13 som har en talmedelmolekylvikt i området från 700 till 10 000 och innehåller från 30 till 95 molarprocent av en första repe- terande enhet med den allmänna formeln _F-CHR - cR' I - COOH vari R är väte, en lägre alkylgrupp, en karboxylsyragrupp eller en lägre alkylkarboxylatqrupp (-COOAlk) och R' är väte eller en lägre alkylgrupp; och från 70 till 5 molarprocent av en andra repeterande enhet med den allmänna formeln -JL-CHR" - CHRW? vari R" är väte eller en lägre alkylgrupp och R"' är klor, en lägre alkylkarboxylestergrupp (-OCOAlk) eller en lägre alkyl- karboxylatgrupp (-COOAlk).

6. Förfarande enligt patentkravet 1, 2, 3, 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t av att vattenuppslamningen av kalcium- karbonatmineralet centrifugeras under sådana betingelser, att vattenuppslamningen utsätts för en acceleration av minst 300 g.

7. Förfarande enligt patentkravet 1, 2, 3, 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t av att vattenuppslamningen centrifuge- ras i en centrifug med knivavskrapning eller en kontinuerlig dekanteringscentrifug. ,

8. 1Förfarande enligt något av natentkraven 1>- 7, k ä n n e t e c k n a t av att vattenuppslamningen, som förs till centrifugen, befinner sig vid höjd temperatur.