SE456799B - Saett att behandla lera foer att daerur eliminera titanmineralfoeroreningar - Google Patents

Description

s? 456 799 Dessa mycket finfördelade missfärgande föroreningar minskar mycket lerans värde och användbarhet för många tillämpningar såsom vid tillverkning av papper av hög kvalitet, där ett pig- ment med hög ljushet och vithet erfordras. Oren titandioxid (TiO2) är känd som en ytterst viktig missfärgningsförorening i kaolin; antagligen blir järn upptaget i kristallgittret i titandioxidens anatas- och rutilformer så att det bildar ett starkt färgat pigment. Sá litet som 1% järn eller mindre i anatas eller rutil gör den starkt färgad. Som termen “titan- dioxid" används här avser den den orena formen av anatas och rutil.

Förfaranden för att separera och anrika malmer och mineral i sina komponenter har omfattat två allmänna sätt; direkt kemisk attack på en eller flera av mineralens komponenter och fysiska processer som åstadkommer selektiv separering av en eller flera av mineralens och malmernas komponenter. Vid kaolin har direkt kemisk attack inte visat sig vara helt effektiv och ekonomiskt utförbar. Konventionella blekningsförfaranden som använder svagt sura, starkt reducerande betingelser begränsar ljushets- vinsten för kaolinlera, eftersom Ti02-halten väsentligen för- blir opåverkad.

Olika sätt att fysiskt separera och anrika mineral och malmer är kända i facket, däribland skumflotationssystem. En förutsätt- ning för alla sådana sätt är att beskickningsmaterialet krossas eller mals till en sådan finhetsgrad att den mekaniska hoplàs- ningen mellan de olika närvarande mineralkomponenterna har eli- minerats. Komponentseparering av mineralen och malmerna kan sedan utföras genom att framställa ett slam eller en suspension av leran i vatten med hjälp av dispergeringsmedel. Tidigare teknik vid skumflotaitonsförfaranden kräver att man reglerar pH hos slammet till antingen ett surt eller alkaliskt pH-värde, tillsätter ett samlarmedel, upparbetar slammet under någon tid för att sprida energi i leran, tillsätter skumbildare till det upparbetade slammet, spär ut slammet till låg halt fasta ämnen, ökar pH till över 8 och för luft genom slammet. En modifikation av den konventionella rutinen för skumflotaiton kallas kommersi- ellt "Ultraflotation" och innefattar att man tillsätter ett finfördelat 456 799 bärarmineral såsom kalkspat till en lerflotationsbeskickning och sedan underkastar blandningen skumflotation.

De konventionella flotationsförfarandena innefattar vissa nack- delar bland vilka är: (1) Det dispergerade beskickningsslammet behandlas bäst vid en relativt låg halt fasta ämnen om 20 vikts-%, eller t o m 10 vikts-% eller mindre, något som därför leder till att en stor volym slam behandlas per ton torr lera. Att till exempel öka slammets fasta ämnen från 10% till 30% resulterar i en minsk- ning om 74,1% i den mängd vatten som behöver avlägsnas för att framställa ett ton lera. Därför ger höga nivåer fasta ämnen i slammet upphov till låga vattenbortföringskostnader. (2) Den initiella skumprodukten innehåller omkring 50% av be- skickningsmineralet jämte föroreningar, vilken kräver ny be- handling för att få rimliga produktavkastningar - varvid fyra flotationssteg ofta erfordras. (3) Det är avgörande att alla spår av bärarmineralet, om sådant används, avlägsnas från det utvunna mineralet eftersom närvaron av bärarmineralet skulle vara skadlig i slutprodukten.

I vissa fall tidigare, varvid skumflotation användes som en del i sätten att behandla lera för att avlägsna färgföroreningar såsom titanmineralföroreningar, saknade den resulterande leran fortfarande tillräcklig ljushet. I andra fall erfordrades yt- terligare reningstekniker såsom ultraflotationstekniker med an- vändning av fina mineralpartiklar (USP 3 337 048) eller magne- tiska separeringstekniker (USP 3 974 067) i ändamål att åstad- komma fullgod ljushet i den behandlade leran. Sådana extra förfaringstekniker medförde ytterligare kostnader och ener- giátgång. Vid ultraflotation drabbades man till exempel inte blott av kostnader vid tillsättning av de finfördelade mi- neralpartiklarna utan det kostade också att avlägsna partik- larna efter skumflotationen. Tíllsättningen och avlägsnan- det av de finfördelade partiklarna resulterar också 456 799 i högre energíätgång. USP 3 974 067 illustrerar att tillsätt- ning av ett vattenlösligt salt av polyakrylsyra före eller under upparbetning men inte efter upparbetning och före flota- tion resulterar i en behandlad lera som kräver användning av ytterligare reningstekniker i form av magnetisk separering för att åstadkomma en behandlingslera av tillräcklig ljushet.

USP 2 569 680 tillhörigt Leek beskriver ett flotationsförfa- rande för att bleka lera som innebär att man behandlar lerbäd- den med kalcinerad soda och natriumsilikat och gör den resul- terande blandningen något sur med HCl. Den kalcinerade sodan är avsedd som ett deflockuleringsmedel och natriumsilikatet tillsättes främst som ett dämpningsmedel ehuru det påstås att det också bidrar till att deflockulera leran. Blandningen upp- arbetas och oleinsyra tillsätts som samlarmedel jämte ett flo- tationsmedel innefattande en emulsion av en fettsyra och en fettsyraamin. Oleinsyran tillsätts och bädden underkastas flo- tation varvid en amylalkoholblandning tillsätts som skumbil- dare. Leek-patentet försummar emellertid att beskriva eller an tyda användningen av vattenlösligt polyakrylatsalt eller sili- katdeflockuleringsmedel efter upparbetning och före flotation.

Därtill försummar patentet att beskriva eller antyda använd- ningen av ett oxiderande blekmedel före upparbetning och ett reducerande blekmedel efter flotatíon.

Det är också vanligt vid nâgra procedurer enligt tidigare tek- nik att reglera pH hos lerbädden före eller under flotation medelst användning av alkaliska agenser såsom ammoniumhydroxid som torde kunna anses vara ett deflockuleringsmedel ehuru inte närmelsevis av samma beskaffenhet som sílikat- och polyakrylat- salter.

Andra patent såsom USP 2 740 522 beskriver användningen av poly- akrylatsalter såsom natriumpolyakrylat eller ammoniumpolyakry- lat med molekylvikter på 10 000 och mer och så mycket som S00 000 i molekylvikt med tanke pà slembekämpning. Material av denna typ har varit kända för att vara starka flockulerings- medel då de använts inom omrâdet för markbehandlíng men har 456 799 också befunnits användbara vid bekämpning av slem eller gång- arter under flotation av malmer. Patentet anvisar tillsättningen av polyakrylatsaltslembekämpningsmedel före eller under uppar- betningen varvid fackarbetaren sålunda suggereras att förbise föreliggande uppfinning vid vilken det är avgörande att till- sätta polyakrylatsaltdispergeringsmedlet efter upparbetning och före flotationens fullbordan. Patentet försummar att nämna eller uppmärksamma behandling av något som helst lermaterial.

Det finns ingen beskrivning eller antydan om ett lerbehandlings- förfarande som utnyttjar ett oxiderande blekmedel före uppar- betning och flotation och ett reducerande blekmedel efter upp* arbetning och flotation. Vidare förefaller det inte finnas någon redovisning av användningen av aktiveringsmedel. USP 3 224 582 anwàfier fasta polyakrylatpartiklar under skumflotation i ändamål att verka som samlarpartiklar för att biträda med att mekaniskt stabilisera skummet.

I USP 3 599 879 tillsättes ett polyakrylatsalt till lerbädden under men inte efter upparbetning. Vidare utspädes lerbädden efter upparbetning och före flotation och sådan utspädning le- der till icke önskvärd energiátgång inte blott vid tillförsel av vattnet för utspädning utan även vid dess avlägsnande då man önskar isolera eller anrika lerprodukten. Många andra pa- tent däribland USP 3 337 048, 3 353 668, 3 450 257 och 3 744 630 kräver alla utspädning av lerbädden efter upparbet- ning och före flotation. Inget av de nämnda patenten undgår utspädningssteget vilket skulle leda till besparing i energi.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Sökanden har upptäckt ett skumflotationsförfarande varmed leror innehållande upp till 70 vikts-% partiklar mindre än 2 mikrome- ter e.s.d. (ekvivalent sfärisk diameter) kan raffineras så att de ger produkter med hög ljushet och låga nivåer av TiO2-föro- reningar. Den ekvivalenta sfäriska diametern för partiklarna mäts med en partikelstorleksanalysator Micromeritics Sedigraph 5000. 456 799 Det nya sättet innebär stegen att (1) anordna en vattendispersion av lera med en halt fasta ämnen om minst 20 vikts-% och reglera pH hos slammet till ett värde mellan 6 och 7; (2) valfritt tillsätta ett oxiderande blekmedel till slammet och låta reaktionen fortgå under åtminstone 15 timmar; (3) tillsätta ett vattenlösligt salt av en metallaktivator med en metall vald från de alkaliska jordartsmetallerna eller de tunga metallerna och ett samlarmedel för titanmineralförore- ningarna; (4) upparbeta lerslammet vid en halt fasta ämnen om minst 20 vikts-% under en tillräcklig tid för att däri sprida minst 74 Megajgule (MJ) energi per ton av de fasta lerämnena och låta temperaturen hos slammet öka utan reglering; (5) blanda in ett polyakrylatsaltdispergeringsmedel i det upp- arbetade slammet och (6) låta det upparbetade slammet undergà skumflotation, avlägs- na titanföroreningar med skummet och återvinna lera med minskad titanföroreningshalt.

I allmänhet innehåller vattendispersionen av lerbeskickningen minst omkring 20% fasta ämnen, företrädesvis från omkring 25% till omkring 70% fasta ämnen. En halt fasta ämnen av omkring % till omkring 40% är mera föredragen. Beskickningen fram- ställs pà konventionellt sätt genom att omröra leran med vat- ten och ett dispergeringsmedel, t ex företrädesvis natriumsili- katdispergeringskompositioner. Normalt används 0,05-0,5 Vikts- procent av dispergeringsmedlet, baserat på den torra beskick- ningens vikt.

Dispersionen behandlas sedan valfritt med ett oxiderande blek- medel såsom natriumhypoklorit, ammoniumpersulfat eller kalium- persulfat; företrädesvis kaliumpersulfat, som kommersiellt kan -fås under varumärket "Oxone" från duPont and Co. Den mängd oxiderande blekmedel som används är mellan 0,01 och OJ vüfis-% ß . 456 799 baserat på torrvikten av den vattenhaltiga lerbeskickningen. pH hos dispersionen regleras sedan genom tillsättning av alka- liska reagenser till ett område pH 4,5-7,0, varvid ett pH av 6-7 föredrages. Det oxiderande blekmedlet låter man reagera under minst omkring 15 timmar, t ex under 15-24 timmar, innan man går vidare i förfarandet. Det resulterande slammet siktas företrädesvis genom en sikt för kornstorlek 325 för att avlägsna föroreningar med en partíkelstorlek större än 44 mikrometer e.s.d. Andra oxiderande blekmedel kan anvädnas, däribland de vattenlösliga oorganiska eller organiska föreningar som i sin molekyl innehåller lättillgängligt syre som kan bleka, såsom ammoniumpersulfat, kaliumpermanganat, vätesuperoxid och lik- nande.

Den behandlade dispersionen vid ett pH om mindre än 7 är till- satt med en aktivatorjon, t ex någon av de alkaliska jordarts- jonerna varibland magnesium, kalcium, stontium eller barium eller någon av "tungmetall"-jonerna såsom ferrojärn, 2-värd koppar, 2-värt mangan och zink, i form av ett salt såsom en klorid, ett nitrat, acetat, en oxid eller blandningar av sal- ter i en koncentration i området 0,005-0,15 vikts-% eller mera av torrbeskickningen (eller 0,05-1,5 kg/ton fasta ämnen i dispersionen eller slammet), företrädesvis i området 0,01-0,075 vikts-% (O,J-0,75 kg/ton fasta ämnen i slammet). Ett anjoniskt oleofilt samlarmedel tillsätts också dispersionen före uppar- betning. Sådana samlarmedel innefattar fettsyror med 8-20 kol- atomer, oleinsyra, linolsyra, linolensyra, laurinsyra, tall- olja, rödolja, kokosnötsolja, fettsyror och sulfooleínsyra.

Det föredragna anjoniska samlarmedlet är oleinsyra. Samlarmed- let tillsätts vanligen i omrâdet 0,05-1,5 vikts % av torrbeskick- ningen (eller 0,5-15 kg/ton fasta ämnen i slammet), varvid det föredragna området är 0,1%-O,5% (eller 1-5 kg/ton fasta ämnen i slammet).

Upparbetning av lervattenslammet utföres efter tillsättning av aktivatorjonerna och samlarmedlet. Denna upparbetning ut- förs genom att omröra blandningen av slam, aktivatorjoner och 456 799 . samlarmedel under en tidsperiod i området 5 minuter-180 minuter.

Omkring 10-120 minuter krävs vanligen. För optimala resultat föredras blandning med hög intensitet såsom den man får med en "Kady Mill” som tillverkas av Kinetic Dispersion Corp., Buf- falo, New York. Upparbetningen motsvarar ett energitillskott av omkring 74-2960 MJ per ton torr beskickníng. En speciellt tjänlig apparat beskrivs och patentsöks i den nu uteliggande samtidigt med denna av F.C. Bacon, Jr. and R.L. Brooks inläm- nade patentansökningen med titeln "Kvarn och sätt för uppar- betning med hög intensitet".

Det upparbetade vattenslammet beredes för flotation genom till- sättning av ett dispergeringsmedel hörande till gruppen poly- karboxylatsalter. Det föredragna dispergeringsmedlet är ett polyakrylatsalt som tillsätts i omrâdet 0,05-0,3 vikts-% torr beskickning (eller 0,5-3 kg/ton fista ämnen i slammet) varvid 0,15-0,25 víkts-% torr beskíckning (eller 1,5-2,5 kg/ton) är den föredragna mängden. Litiumsaltet av poly(akrylsyra) före- dras, ehuru natrium- och ammoniumsalterna också går bra och kaliumsalterna eller blandningar av vilka som helst av de ovan- nämnda salterna också kan användas. I samband med vissa leror, särskilt de grova lerorna eller utspädda lerslam, kan natrium- silikat eller polyfosfatsalter tagas istället för nägra eller alla de polyakrylatsaltdeflockuleríngsmedel som tillsätts efter upparbetning och före eller under flotation. Akrylat- salter med en genomsnittlig molekylvikt av 500-10 000 (före- trädesvis 750-2 400) är användbara som dispergeringsmedel i denna uppfinning.

Det med hög halt av fasta ämnen upparbetade slammet utspädes inte för flotation såsom sker i procedurer enligt tidigare tek- nik. pH hos det upparbetade slammet med det tillsatta disper- geringsmedlet regleras för optimal skumning vilket är området 6,0-8,0; ett föredraget område är 7,2-7,8 för de flesta kaolin- leror, pH för flotation är emellertid beroende av den ursprung- liga beskickningen.

Det föredragna sättet för flotation kräver inte tillsättníng av 456 799 skumningsmedel såsom skumbildare som använts i tidigare teknik.

Skumningen utförs företrädesvis i en modifierad skumningscell av konstruktion som är visad och beskiven i den nu uteliggande samtidigt med denna av F.C. Bacon, Jr. inlämnade patentansök- ningen med titeln ”Apparat och sätt för skumflotation“. De flo- tationsceller som kommersiellt framställs av Denver Co. och Wemco Co. kan också fås.

Följande exempel tjänar till att illustrera flotation av kao- linlera och lämnas för att underlätta förståelsen av uppfin- ningen och bör inte tolkas som begränsande för denna. Procent- halten titandioxid bestämdes medelst röntgenfluorescens (XRF) och ljushet mättes enligt TAPPI-standard T-646 OS-75. Alla andra delar och procenthalter är efter vikt om ej annat anges.

Termen TREP betydet ett titaneliminerings- och extraktionsför- farande enligt uppfinningen.

Exemgel 1 Jämförelser A - E (A.) Allmänt: I vardera av exempel 1 och jämförelser A - E gjordes ett lerslam av lera som upptagits i Sandersville-området i Georgia. Leran hade ett partikelstorleksomràde om S0-65% mindre än Zflm e.s.d. i den slammatning som pumpades till anläggningen.

Använda reagenser: Oleinsyra: U.S.P. Födoämneskvalítet Kalciumklorid: Tillsatt som 10% vattenlösning Natriumsilikat av N-märke: Approx. 37,7% fasta ämnen (vattenhal- tiga) Natriumpolyakrylat: Approx. 43% fasta ämnen (vattenhaltiga). Mo- lekylvikt omkring 1500.

Förbehandlíng av beskíckningen: Lerslammet behandlades med 0,5-1,5 kg/ton Na-silikatdispergerings- medel och passerades sedan genom en sikt för kornstorlek 250 för att avlägsna glimmer, sand och andra grova partiklar. Slammet 4:56 799 kombinerades med 0,5 kg/ton Oxone (E.I. duPont-produkt inne- fattande kaliumpersulfat) och pH reglerades till 6,5-7,0 med vattenhaltig Na0H. Det nästan neutrala slammet fick sedan stå under approximativt 15-24 timmar före användning. Detta gav tid för Oxonet att verka på eventuellt oxiderbart material i ràvaran. Efter Oxone-behandlingen var pH hos slammet i allmän- het 6,5-6,8, det pH vid vilket upparbetning bör påbörjas.

(Slambeskickningar med ett pH-värde så lågt som 6,1 harnöj- aktigt "treppats“, se sid 9).

Upparbetning: Upparbetningen av det Oxone-behandlade beskickningsslammet ut- föñdes med användning av 0,25 kg/ton CaCl2 och 2,5 kg/ton olein- syra. Procenthaltsvärda är baserade på användning av vatten- fria reagenser. Upparbetning skedde i "Kinetic Díspersion Mill" (KADY) med användning av 2500 ml förbehandlad beskickning. Den kemiska nivån måste väljas och kemikalierna måste mätas och göras klara för tillsättning. Slammet placerades i KADY-kvar- nens cell och pådrivaren sänktes ned i cellen. Sedan pådrivaren sänkts startades KADY-kvarnen och reagenserna tillsattes ome- delbart.

Man lät slammet upparbetas 20 minuter och sluttemperaturen var approximativt 82°C. pH efter upparbetníng bör vara i omrâdet 6,1-6,3.

Avlägsnande av oleinsyra - TiO2-föroreningskomplex och efter- behandling: De 2500 ml upparbetat slam placerades i en Denver-cell och ut- späddes till 4 liter med H20-kran. De fasta ämnena var i stort sett i området 20-30%. Natríumpolyakrylat tillsattes i mängden 2 kg/ton som ett efterupparbetningsdispergeringsmedel. Detta fick blandas in i slammet under nâgra minuter innan skumning påbörjades. Efter polyakrylattillsättningen tillsattes utspädd HCl för att sänka pH till ett värde av 6,2-6,5 och skumning börjades. Denver-cellen drevs vid 1200 varv/minut under 45 mi- nuter. Allteftersom skumningen fortsatte, höjdes pH till ett maximivärde av 7,8 om så krävdes för att förbättra avlägsnan- det av föroreningar. Alla pH-regleringar som skett under skum- ningen sänktes med utspädd HCl (4_:1) eller höjdes med utspädd MMOH (9:1). 456 799 H Sedan föroreningarna avlägsnats, utspäddes de fasta ämnena i slammet till ï0% och produkterna isolerades. Den ofraktionerade produkten flockulerades med 10% HZSO4 och blektes med 7,5 kg/ton K-Brite (en kommersiell form av natriumditionit).De ofraktio- nerade produkterna filtrerades och mikrovågtorkades.

TAPPI-ljusheten mättes pá en Technidyne S-4 Brightness Tester och TiO2-analysen bestämdes med röntgen-fluorescens.

(B,)Exempel 1 som visar överlägsenheten hos polyakrylatdisper- geringsmedlet över andra dispergeringsmedel. Jämförelser A-C, då det tillsatts slammet efter upparbetningssteget men före flotationssteget I exempel 1 och jämförelser A-C var det beskickningsslam som användes ett med 36% fasta ämnen, Sandersville-rålera, som var en tät kompakt lera upptagen från Cheeves-gruvan och som dis- pergerades med 1,35 kg/ton natríumsilikat av "N"-märke.

Beskickningsslammet upparbetades i en KADY-kvarn under 20 mi- nuter med användning av under (AJ ovan givna reagenserna. Por- tioner av det upparbetade slammet behandlades med olika dis- pergeringsmedel före flotationen. Ett kontrollprov ingick som inte innehöll några tillsatta dispergeringsmedel.Produkten iso- lerades genom flockning med utspädd svavelsyra till ett pH av omkring 3,0, reducerande blekning av leran med natriumditionit vid en nivå om 7,5 kg/ton, filtrering och torkning. Det torra provet analyserades för % TiO2 och GEB mättes på ljushetspro- Varen .

Effektiviteten i TREP-förfarandet (se sid 9) mättes med den mängd titandioxid som kvarstod i provet efter flotation och den mängd som fanns i beskickningen.

Resultaten av detta experiment lämnas i tabell I. 456 799 12 TABELL I Effektivitet av olika dispergeringsmedel på flotation Exenpel Disperg.nedel Dosering Produktens Produktens Procent nr beskrivning (kg/ton) % Ti02 GEB TiO2 elinánering - Beskickning - 1,76 84,7 - A Kontroll 0 1,12 86,0 36,4 B TSPP/Na2Co3* 2 1,06 86,8 39,8 C Na-silikat 2 0,95 87,3 46,0 1 Na-çolyakrylat 2 0,53 89,1 69,9 *En blandning av TSPP tetranatriumpyrofosfat och Na2CO3 vid en nivå vikt/vikt om 60 TSPP/40 Na2CO3 som är ett mycket allmänt díspergeringsmedel för kaolinlera.

Resultaten visar att ingen betydande förbättring över kontrollen erhölls med vare sig natriumsilikat eller TSPP/Na2CO3-blandningen.

Polyakrylattypen díspergeringsmedel gav emellertid nästan en tvàfaldig förbättring.

KC.) Jämförelser D och E som visar den ogynnsamma verkan av tillsättning av ett dispergeringsmedel av polyakrylattyp till upparbetningssteget i förfarandet Vid dessa jämförelser var den beskickning som användes ett slam med 38,7% fasta ämnen av en Sandersville-ràlera, som var en san- dig smulig lera från Harrison-gruvan och som dispergerades med 1,15 kg/ton natriumsilikat av "N"-märke.

Dessa jämförelser utfördes för att visa den ogynnsamma effekten av polyakrylatdispergeringsmedel pâ upparbetningssteget. En kon- troll (jämförelse D) kördes som inte innehöll nàgot tillsatt dispergeringsmedel under upparbetningssteget. Den andra omgången (jämförelse E) innehöll 0,85 kg/ton natriumpolyakrylatdísper- geringsmedel i beskickningsslammet. Upparbetningen fullbordades med omröring i en KADY-kvarn under 20 minuter som ovan beskri- vits.

Flotationssteget utfördes i en Denver-flotationscell som ovan beskrivet medan man lät luft gå genom slammet. Produkten iso- lerades på normalt sätt för flockulering, reducerande blekning, ¿ 456 799 filtrering och torkning. De torra proven analyserades för % Ti02 och GEB mättes.

Resultaten av de två jämförelserna lämnas i tabell II.

TABELL II Verkan av polyakrylatdispergeringsmedel på upparbetning Exempel Beskrivning Dosering Produktens Produktens % TiO2 eli- nr (kg/ton) % TiO2 GEB minering - Beskickning - 1,83 85,6 - D Kontroll 0 0,53 90,9 71,0 E Na-polyfloqdat 1,7 1,50 87,0 18,0 Resultaten visar slående att tillsättningen av ett polyakrylat- dispergeringsmedel före upparbetning är mycket skadlig för Ti02- elimínering. En jämförelse av resultaten i exempel E som använ- der Na-polyakrylatsalt tillsatt före upparbetning med kontrollen där inget dispergeringsmedel använts illustrerar att använd- ningen av polyakrylatdispergeringsmedlet under upparbetning endast åstadkommer en fjärdedel av den TiO2-elimínering som erhålles då inget dispergeringsmedel alls tillsätts under eller emellan upparbetning och flotation.

Exemgel 2 Kemisk nivå vid hög upparbetning En sats om 946,3 liter natriumsílikatdispergerad kaolinlera från Washington County, Georgia siktades genom en sikt för korn- storlek 325 och lämnade ett slam med en halt av 35% fasta ämnen och en partikelstorlek av 62% mindre än 2fLm. Slammet behandla- des med ett oxiderande blekmedel, kaliumpersulfat (Oxone) vid en nivå av 0,5 kg/ton torr lera och pH hos slammet reglerades till 6,7 med en viktsprocents lösning av natriumhydroxíd. Den totala mängden alkali som användes var 0,12 kg/ton torr lera.

Den totala satsen lerslam omrördes vid rumstemperatur under timmar innan man utförde upparbetningssteget. 456 799 ~ 14 En liten portion av slammet flockulerades genom tillsättning av svavelsyra till ett pH om 3, behandlades med detreducerande blekmedlet, natriumditionit, i en nivå om 7,5 kg/ton, filtre- rades och torkades och gav en lera med en TiO2-halt av 1,73% och en Tappi-ljushet om 83,5. Detta prov representerar en kon- troll för den ofraktionerade leran.

En annan pontion av det ursprungliga slammet (dvs före oxide- rande b1ekning)'u:spädaes till 1b% halt-fasta ämnen och fick sjunka under gravitationens inverkan i en takt om 18 minuter/ centimeter slamdjup. Den dekanterade finkorniga kaolinfrak- tionen hade en partikelstorlek om 92% mindre än 2/lm. Be- handling med svavelsyra till ett pH om 2,8 àstadkom flocku- lering, och efter behandling med natriumditionit i en nivå om 5 kg/ton torr lera, filtrering och torkning, analyserades provet till 2,21 TiO2 och hade en Tappi-ljushet om 86,2. Det? ta prov representerar en kontroll för den fina lerfraktionen.

Ingen upparbetning eller flotation Lera % TíO2 Ljushet Ofraktionerad 1,13 83,5 Fin fraktion 2,21 86,2 Upparbetningen av det oxiderade slammet efter tillsättning av kalciumklorid och kalciumoxid vardera vid en nivå om 0,05 vikts- % (0,5 kg/ton) och oleinsyra i en nivå om 1,0 vikts-% (10kg/ton) baserat pà torr lera utfördes i en modifierad finkrossningskvarn under en period om 150 minuter vilket resulterade i ett till- skott av omkring 833 Megajoule /ton torr lera. Slammets sluttemperatur var 58°C och pH var 6,9.

Det outspädda slammet överfördes till en skumningscell och li- tiumsaltet av ett polykarboxylsyredispergeríngsmedel med en molekylvíkt om 1500 tillsattes i en mängd som motsvarade 2kg/ ton torr lera. pH hos det varma slammet hölls i området 7,0- 7,6 genom intermittent tillsättning av ammoniumhydroxid.

Skumningen fullbordades med att bubbla luft genom det omrörda slammet under omkring två timmar och raka ut det mörkfärgade skummet från överdelen av slammet. 456 799 Ett prov av slamprodukten acidifierades, blektes med natrium- ditionit i en nivå av 5 kg/ton torr lera, filtrerades och torkades. Analys av produkten visade en TiO2-halt av 0,16% vilket anger att 90,7% av den starkt färgade Ti02 avlägsnats.

Tappi~ljusheten hos detta ofraktionerade kaolin var 89,8, en ökning av 6,3 ljushetspoäng över ljusheten hos den lera som inte upparbetats eller underkastats flotation.

En finkornig kaolinprodukt isolerades från ett prov av det skummade slammet efter flotation genom att utsnäda detta slam till en nivå om 10% fasta ämnen och gravitationssjunkning vid 18 minuter/centimeter slamdjup. Den fina fraktionen av slammet dekanterades, acidifierades till pH 3,0, blektes med natrium; ditíonit i 5 kg/ton torr lera, filtrerades, torkades och ana- lyserades. Analysen visade en TiO2-halt av 0,21% motsvarande ett avlägsnande till 90,5% av den ursprungliga TiO2-nivån.

Tappi-ljusheten hos den finkorninga kaolinfraktionen var 92,0, en ökning med 5,8 ljushetspoäng.

Upparbetad och flotationsbehandlad Lera % Ti02 Ljushet % Ti02 eliminerad Ofraktionerad 0,16 89,8 90,7 Fin fraktion 0,21 92 90,5 Exempel 3 Kemisk nivå vid mellanupparbetning Ännu ett slam av kaolin från Washington County, Georgia fram- ställdes med användning av ett natriumsilikatdispergerings- medel. Förbehandlingen med kalíumpersulfat och alkali till ett slam-pH av 5,4 utfördes som beskrivet i exempel 2. De ofraktio- nerade och fina fraktionerna isolerades som beskrivet i exem- pel 2 och gav följande analys. 456 799 16 Ingen upparbetning eller flotation Lera % Ti02 Tappi-ljushet Ofraktionerad 1,71 81,6 Fin fraktion 2,19 83,3 Upparbetningen av slammet utfördes som i exempel 2 men med föl- jande nivàer för de kemiska tillsatserna: 0,0625% 60,06 kg/ton) för både kalciumkloriden och kalciumoxiden och 0,125% (1,25 kg/ ton) oleinsyra. Upparbetningstiden var 3 timmar med ett till- skott av 970 MJ/ton torr_lera. Sluttemperaturen var 101°C och slammets pH var 5,8. Natriumpolyakrylatdispergeringsmed- let med en molekylvikt av 1500 tillsattes i en nivå av 2 kg/ ton torr lera och slammet skummade som förut vid 35% halt fasta ämnen. De skummade produkterna analyserades och gav ne- dan visade resultat: Upparbetad och flotationsbehandlad Lera % Ti02 Tappi-ljushet % Ti02 elümnerad -Ofraktíonerad 0,44 87,1 74,3 Fin fraktion 0,67 90,6 69,4 Exempel 4 Kemisk nivå vid låg upparbetning Detta exempel visar äter möjlig variation i den nivå av kemika- lier som åstadkommer tillfredsställande resultat genom använd- ning av föreliggande flotationsprocedur.

Ett kaolinslam från Washington County, Georgia dispergerades med natríumsilikat vid en nivå fasta ämnen om 35,8% och förbe- handlades med det oxiderande blekmedlet (kalimpersulfat) i den nivå och med användning av de procedurer som angivits i exempel 2. Slammets pH reglerades till 6,7. Isolering av ofraktionerade och finkorniga prov gjordes som beskrivet i exempel 2 och hade följande analyser: 456 799 17 Ingen upparbetning eller flotation Lera % TiO2 Taggi-ljushet Ofraktionerad 1,67 86,3 Fin fraktion 2,15 88,6 Upparbetningskemikalierna tillsattes i följande nivåer: 0,003125% (0,03125 kg/ton) kalciumklorid och samma procenthalt kalcium- oxid vid en nivå om 0,05% (0,5 kg/ton) för oleinsyran. Uppar- betning i en finkrossningskvarn under 2,5 timmar resulterade i ett tillskott av 902 MJ/ton torr lera. Den slutliga slam- temperaturen var 60°C och slammet hade ett pH-värde om 6,8. Ut- förande av skumning på det outspädda slammet efter tillsättning av natriumpolyakrylatdispergeringsmedlet i en mängd av 2 kg/ton och med en molekylvikt av 1500 gav ofraktionerade och fiflxmniga kaolinprodukter som isolerats enligt proceduren i exempel 2.

Produkterna analyserades och resultat anges nedan: Qpparbetade och flotationsbehandlade Lera % TiO2 Tappi-ljushet % TiO2 eliminerad Ofraktionerad 1,00 89,3 40,1 Fin fraktion 1,33 90,5 38,1 Exemgel 5 Detta exempel visar hur nämnda förfarande med anvämmüng av ænmxüum- gflyakrylat med en genomsnittlig molekylvikt av 1500 kan ut- nyttjas för att förbättra andra produkter som normalt isoleras vid kaolinutvinning.

En kaolinbeskickning från Washington County, Georgia gjordes till ett slam och förbehandlades som beskrivits i exempel 2.

Det ofraktionerade beskickníngsslammet hade ett reglerat pH om 6,8, en partikelstorleksfördelning av 61% < 2/lm och en halt fasta ämnen om 35,1%. Kontrollproven isolerades som beskrivet i exempel 2 och gav följande analyser: 45-6 799 18 Ingen upparbetning eller flotation Lera % TiO2 Tappi-ljushet Ofraktionerad 1,73 83,5 Fin fraktion 2,21 86,2 Detta beskickningsslam hade tillsatt till sig en kemisk nivå, baserat på vikten torr lera, av 0,00625% (0,0625 kg/ton) för både kalciumkloriden och kalciumoxiden medan oleinsyran till- sattes i en nivå av 0,125% (1,25 kg/ton). En modifierad upp- earbetningsenhet kördes under 3,5 timmar under vilken tid tem- peraturen steg från 38°C till 88°C. Energin för upparbetningen beräknades vara 1127 MJ/ton torr lera. Det upparbetade slammet överfördes till en skumningstank och ett ammoniumpolyakrylat med en genomsnittlig molekylvikt av 1500 tillsattes i en nivå av.2kg/ton torr lera för att garantera ett väl dispergerat slam. Slammet luftades i en flotationscell under omkring 3 timmar för att avlägsna de hydrofoba föroreningarna och sepa- rerades sedan i en Tolhurst-centrifug och lämnade approxima- tivt ett utfall om 50% av både en grov och en fin fraktion med en partikelstorleksfördelning om 19% respektive 91% mindre än .2/inn Analyserna för dessa två fraktioner var följande: Upparbetade och flotationsbehandlade Fraktion % TíO2 Tappi-ljushet % TiO2 eliminerad Grov 0,13 86,6 92,5 Fin 0,27 91,1 87,8 Den fina fraktionen motsvarar en lera i beläggningskvalitet nr 1 och flockulerades med svavelsyra till ett pH-värde om 2,8, blektes med 7,5 kg/ton natriumditíonit, filtrerades och tor- kades. De torkade kakorna dispergerades åter för att bilda ett slam med 70% fasta ämnen lämpligt för kommersiellt bruk.

Den grova fraktionen utspäddes till 35% fasta ämnen, blandades med en lika volym styrendivinylbensenpärlor och delaminerades 456 799 19 med användning av ett konpådrivarblad i 1500 varv/minut under minuter som beskrivet i U.S. patent 3 171 718 utfärdat till Gunn och Morris. Pärlorna som används för delaminering avlägs- nades genom att sikta slammet genom en sikt för kornstorlek 100. Det siktade slammet utspäddes till 20% fasta ämnen och fick sjunka under gravitationens inverkan vid 20 minuter/cen- timeter slamdjup. Partikelstorleken hos den dekanterade dela- minerade produkten var 81% mindre än 2/lm e.s.d. Det dekan- terade slammet flocklerades med syra, blektes med natríumditio- nit i 5 kg/ton torr lera, filtrerades och torkades. Produkten gav följande analys: Flotationsprodukt % TiO2 0,13 Tappi-ljushet 91,4 Twist~ljushet 95,8 De genomsnittliga värdena för icke flotationsbehandlade, obear- betade, delamínerade leror är 1,05% TiO2 och omkring 87-89 Tappi-ljushet.

Exempel 6 Kalcinering De i de ovanstående exemplen beskrivna kaolinlerorna kan dehyd- roxíleras i temperaturomràdet 704-1038°C, för att framställa leror med egenskaper som är önskvärda för vissa användníngar.

För att bestämma den effekt det i denna uppfinning beskrivna flotationsförfarandet har pá ljusheten hos kalcinerade produk- ter som framställs med detta förfarande, kalcinerades den de- laminerade, flotationsbehandlade lerprodukten i exempel 5 (med 0,13% TiO2, Tappi-ljushet 91,4 och Twist-ljushet 95,8) vid oli- ka temperaturer i en muffelugn under två timmar. En kontroll- serie kalcinerade produkter framställdes av ej flotationsbe- handlad, obearbetad, delaminerad lera pà likadant sätt. Resul- taten anges i tabell III. 456 799 TABELL III xelelnerlngea -reppi-ljuehet

Claims (18)

1 456 7§9i 23 Patentkrav

1. Sätt att behandla lera för att därur eliminera titanmineral- föroreningar, varvid sättet innefattar; a) blandande av leran i form av att ett vattenslam med en halt fasta ämnen av lera och föroreningarna om åtminstone 20 viktsprocent med ett anjoniskt oleofilt, åtminstone en fettsyra innefattande samlarmedel för títanmineral- föroreningarna och en aktivator för titanmineralförore- ningarna, innefattande ett vattenlösligt salt av en alkalisk jordartsmetall eller av en tungfmetall; b) underkastande av vattenslammet ett luftflotationsförfarande genom att låta luftbubblor passera uppåt genom slammet och avlägsnande av titanmineralföroreningar med skummet; och c) återvinnande av lera med en minskad halt títanmineralföro- reningar, k ä n n e t e c k n a t därav, att innan vattenslammet som innehåller samlarmedlet och aktivatorn underkastas luftflota- tionsförfarandet upparbetas det vid en halt fasta ämnen av minst 20 viktsprocent och vid ett pH under 7 under tillräcklig tid för att däri sprida minst 74 Megajoule per ton fasta ämnen, och att därefter det upparbetade slammet blandas med ett poly- akrylatsaltdeflockuleríngsmedel.

2 Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att lerslam- met innan man blandar det med samlarmedlet och aktivatorn, , _ blekes med ett oxiderande blekmedel vid ett pH av omkring 6 till omkring 7.

3 Sätt enligt krav 2, k ä n n'e t e c k n a t av att det oxiderande blekmedlet är kaliummonopersulfat.

4. Sätt enligt krav 2 eller 3, k ä n n 9 t 9 C k H a t av att före blekning slammet dispergeras med ett disp@r9@ïífl95m@d@1~

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n att av att disper- geringsmedlet är natríumsilikat. Åse 799 . 24

6. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att upparbetníngssteget utförs i ett upparbetnings- kärl och det resulterande upparbetade lerslammet överförs till en skumflotationsanordning i vilken tíllsättandet av deflockuleringsmedlet och luftflotatíonsförfarandet sker.

7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att slam tages ut från skumflotationsanordningen och luft bubblas in i det uttagna slammet som sedan sätts í förnyat omlopp i skum- flotationen i steg (d).

8. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att polyakrylatsaltdeflockuleringsmedlet är lítium- saltet.

9. Sätt enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t av att polyakrylatsaltdeflockuleringsmedlet är natriumsaltet.

10- Sätt enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t av att polyakrylatsaltdeflockuleríngsmedlet är ammoniumsaltet.

11. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att samlarmedlet är oleinsyra och aktívatorn innefattar kalciumoxid och/eller kalcíumkloríd.

12. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att samlarmedlet är oleinsyra och att aktivatorn är en ferroförening.

13. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att leran innehåller järnmineralföroreníngar och att aktívatorn är ett ferrosalt bildat in sítu genom tillsätt- ning av ett reduktionsmedel till den järnínnehàllande leran.

14. Sätt enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a t av att reduk- tionsmedlet är natriumdítionit. 456 799 25

15. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att, efter luftflotationsförfarandet slammet flockuleras och blekes med ett reducerande blekmedel.

16. Sätt enligtgkrav 15, k ä n n e t e c k n a t av att slammet flockdleras med svavelsyra och att det reducerande blekmedlet är natrumditionít.

17. Sätt enligt krav 15 eller 16, k ä n n e t e c k n a t av att, före flockuleríng och reducerande blekning, slammet från luftlotatíonsförfarandet får sjunka och avvattnas medelst dekantering.

18. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att det första stadiet i luftflotationssteget utföres vid ett surt pH och att ett alkaliskt pH används i de efterföl- jande stadierna i luftflotationsförfarandet.