TWI449669B - 沉澱的碳酸鎂 - Google Patents

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Description

沉澱的碳酸鎂
本發明係關於一種製備在水性環境中的水菱鎂礦的方法。本發明進一步關於此具有似板狀形態結合特定平均粒徑的水菱鎂礦，以及關於其在紙、塗料、橡膠及塑膠工業中作為礦物、填料及顏料的用途，以及關於其作為阻燃劑的用途。
水菱鎂礦或基本碳酸鎂，其係為水菱鎂礦的標準工業名稱，為天然生成礦物，在富含鎂的礦物例如蛇紋石以及改變的富含鎂的火成岩中被發現，但也為金鎂石在方鎂石大理石中的蝕變產物。
水菱鎂礦被敘述為具有下式：Mg5 (CO3 )4 (OH)2 ．4H2 O
應理解的是，水菱鎂礦係非常特定的碳酸鎂礦物形式且天然生成為小似針狀結晶或針狀或刃狀殼之結晶。除此之外，應注意水菱鎂礦為不同且獨特形式的碳酸鎂且在化學、物理及結構上與其他形式碳酸鎂不同。藉由X射線繞射分析、熱重力分析或元素分析，水菱鎂礦可以容易地與其他碳酸鎂區別。除非特定地敘明為水菱鎂礦，所有其他形式碳酸鎂(例如水纖菱鎂礦(Mg2 (CO3 )(OH)2 ．3H2 O)、球碳鎂石(Mg5 (CO3 )4 (OH)2 ．5H2 O)、異水菱鎂礦(Mg5 (CO3 )4 (OH)2 ．5H2 O)、鎂白孔雀石(Mg2 (CO3 )(OH)2 ．0.5H2 O)、菱鎂礦 (MgCO3 )、水碳鎂石(MgCO3 ．2H2 O)、五水菱鎂礦(MgCO3 ．5H2 O)以及三水碳鎂石(MgCO3 ．3H2 O))並非本發明意義範圍內的水菱鎂礦且在化學上並不相應於上述之式。
此外，可製備天然水菱鎂礦、合成水菱鎂礦(或沉澱的碳酸鎂)。例如，US 1,361,324、US 935,418、GB 548,197以及GB 544,907大致上敘述碳酸氫鎂水溶液的形成(一般敘述為"Mg(HCO3 )2 ")，然後藉由與鹼(例如氫氧化鎂)的作用而轉化成為水菱鎂礦。習知技藝中所述其他方法建議製備包含水菱鎂礦以及氫氧化鎂二者的組合物，其中氫氧化鎂與水混合而形成懸浮液，其進一步與二氧化碳及鹼性水溶液接觸而形成相應混合物；參考例如US 5,979,461。
另外，製備碳酸鎂的一般方法敘述於習知技藝中。例如，EP 0 526 121敘述一種由碳酸鈣及碳酸鎂氫氧化物組成的碳酸鈣-鎂複合物以及其製備方法。再者，GB 594,262係關於一種用於處理含氧化鎂材料(例如碳酸鎂及碳酸鈣)的方法及裝置，用於獲取為不連續及分離形式的個別碳酸鹽，其係藉由經控制的碳酸化使得碳酸鎂及碳酸鈣可藉機械方式分離及得到分離產物的特殊應用。US 2007194276敘述一種還原地漂白礦物淤漿的方法，其包含將有效量之甲脒亞磺酸(FAS)添加該礦物淤漿以及加入有效量之硼氫化物而還原漂白礦物。
實際上，水菱鎂礦被大量使用於紙、橡膠及塑膠工業供不同目的之用，例如用於造紙的塗料、填料、延展劑及顏料以及用於電線及電纜的阻燃劑，但亦用於賦予纖維抗 化性。例如，EP 0 543 262、EP 0 393 813、JP 21 50 436、JP 22 55 843、JP 51 70 984、JP 50 98 085以及KR 2003/0040953敘述阻燃組合物，其包含水菱鎂礦與其他鎂化合物例如碳鈣鎂礦、白雲石及/或氫氧化鎂的混合物。在本文中，通常將結合各種鎂化合物的水菱鎂礦加入樹脂組合物以提供阻燃性及高機械強度以使得此組合物可用作電線或電纜的覆蓋或絕緣材料、阻燃材料、用於各種領域例如汽車行業的壁材、用於製造用於電器或建築行業的外殼。
另一種水菱鎂礦的應用被敘述於WO 2009/008600，其係關於包含水菱鎂礦的彈性纖維(spandex fiber)且其具有抗氯性而不會影響聚胺基甲酸酯聚合物的固有性質。再者，WO 97/09473敘述包含碳鈣鎂礦及水菱鎂礦之礦物混合物之粒子之彈性纖維，其中該彈性纖維被敘述為具有減少黏性及增進的抗氯誘導降解。
此外，水菱鎂礦結合其他鎂化合物被用於紙工業以賦予可印刷性、在高不透明度的高亮度但亦合適的平滑度及光澤至紙產物例如雜誌。在此方面，JP 2003/293291敘述經塗覆紙，其係製備於將黏著劑及主要由至少一種碳鈣鎂礦及水菱鎂礦組成的塗覆層置於基礎紙上，其中所得經塗覆紙具有高亮度、高表面掩蔽效果以及優良印刷合適性。
水菱鎂礦及其他鎂化合物，例如碳酸鎂及氫氧化鎂，亦可作為填料被併於吸煙物件(例如香煙或雪茄)的包裝紙以控制許多物理性質或特徵例如每吸口數的焦油輸送、燃燒率、吸口數等。藉由此類包裝紙可被控制的吸煙物件的 一項特別重要內容為側流煙(sidestream smoke)，其係為吸口煙之間燃燒香煙物件末端所釋出的煙。然而，因為此種煙可能為吸煙者附近的其他人士所反對，已經作出多種嘗試經由使用各種鎂化合物以減少此種側流煙。例如，US 5,092,306係關於香煙物件包裝紙，特別是使用菱鎂礦作為填料組合物的香煙紙。其他已使用氫氧化鎂與水菱鎂礦的物理混合物，例如，US 5,927,288以及US 5,979,461，而其他已作出嘗試開發其中氫氧化鎂之量藉由以其他鎂化合物取代此氫氧化物而減少的組合物。例如，US 5,253,660揭示一種香煙或雪茄包裝，其中紙填料係由二種均勻互混的礦物所組成，亦即單獨碳鈣鎂礦及水菱鎂礦，或混合碳酸鈣或氫氧化鎂或碳酸鈣與氫氧化鎂與碳。
然而，關於上述水菱鎂礦的可能應用，應注意的是存在著關於相應填料顆粒或其應用領域的合適性的顯著限制。得自於天然來源或藉習知技藝所述方法製備以供用於紙應用、香煙物件及/或阻燃劑而作為填料或塗料之水菱鎂礦，通常具有平均粒徑約5μm或以上。在本文中，應注意的是例如用於香煙物件的包裝紙的厚度一般在約30μm的範圍，以致於水菱鎂礦併入香煙物件通常不會賦予所欲性質如平滑性於此類物件表面上，且因此所獲致產物的物理及光學性質總是不令人滿意。此外，眾所周知高嶺土及其作為造紙應用領域中的表面塗覆及填料之用途，顆粒的形態在賦予所欲光學及物理性質例如優良印刷性、高不透時之高亮度、中孔度以及較佳平滑度及光澤於紙產物例如雜 誌亦扮演決定性角色。對許多應用而言，顆粒的似板狀形態對獲得該等性質係非常有利的。提供具有小顆粒的似板狀顆粒將特別有利。在本文中進一步應注意，機械粉碎顆粒通常不是一個獲得水菱鎂礦較小顆粒的合適且有效的方法。
因此，此技藝仍然需要提供製備水菱鎂礦的替代方法，其中此方法應該是簡單且不昂貴以及應該提供控制特殊參數例如顆粒尺寸結合所得顆粒的形態與密度的可能性。
據上所述，本發明目的係提供製備水菱鎂礦、較佳為具備特定似板狀形態結合減少顆粒尺寸的水菱鎂礦的替代方法。本發明另一目的可見為提供一種用於製備具備高絕對密度的水菱鎂礦的方法。本發明另一目的可見為提供一種製備具備改良光學性質以及特別的高白度R457的水菱鎂礦的方法。本發明又另一目的可見為提供一種可以簡單方式進行的方法。本發明又另一目的可見為提供一種可以在溫和條件下進行且所得水菱鎂礦可直接供使用而不需要進一步複雜及昂貴的操作步驟。本發明又另一目的可見為提供一種方法，其中水菱鎂礦材料可以高產率被製備。進一步目的可自本發明以下敘述收集。
為了滿足前述需求而提供如本文中申請專利範圍第1項中所定義的標的的方法。
本發明有利的具體實例被定義於相應申請專利範圍附屬項及說明書中。
根據本發明一方面，係提供一種用於製備在水性環境中的水菱鎂礦的方法，該方法包含以下步驟：a)提供至少一種氧化鎂來源；b)提供氣態CO2 及/或含碳酸鹽的陰離子；c)使步驟a)的該氧化鎂來源消和(slaking)而將至少部分氧化鎂轉化為氫氧化鎂；d)使步驟c)所得到的氫氧化鎂與步驟b)的該氣態CO2 及/或含碳酸鹽的陰離子接觸而將至少部分的氫氧化鎂轉化成為沉澱的三水碳鎂石；以及e)在熱-老化步驟中處理步驟d)所得到沉澱的三水碳鎂石。
本發明人驚訝地發現前述方法允許有效且經控制水菱鎂礦的製備。根據本發明的方法，可提供或直接製備具有似板狀形態以及減少顆粒尺寸的水菱鎂礦。更精確地，本發明人發現藉由該方法所得到水菱鎂礦的形態以及物理值可藉由在製備該水菱鎂礦期間特定地控制或調整方法條件而獲得改良。該方法涉及消和氧化鎂來源，如"純"氧化鎂、含氧化鎂礦物或其他含鎂化合物來源例如白雲石，其可用於製備氧化鎂。所得到氫氧化鎂在進一步方法步驟中與氣態二氧化碳及/或含碳酸鹽的陰離子進行反應而得到沉澱的三水碳鎂石作為中間產物。根據本發明一具體實例的碳化溫度應該被控制且較佳應低於35℃。最後，藉由熱處理步 驟在將該經沉澱的中間產物轉型之後直接得到水菱鎂礦。根據本發明一個具體實例，如此所得的經沉澱的中間產物在進一步加工之前被研磨。藉由本發明方法所得到的水菱鎂礦提供許多有利的特徵，如小顆粒尺寸結合似板狀形態以及高絕對密度。
應理解的是對本發明目的而言方法，以下用語具有以下意義：本發明意義中的"水菱鎂礦"、"基本碳酸鎂"或"碳酸鎂氫氧化物"定義具有化學式Mg5 (CO3 )4 (OH)2 ．4H2 O的經合成製備的碳酸鎂材料。
本發明意義中的"三水碳鎂石"定義具有化學式MgCO3 ．3H2 O或Mg(HCO3 )(OH)．2H2 O的經合成製備的碳酸鎂材料。
本發明意義中的"沉澱"用語意指在化學反應期間形成固體材料。
本發明意義中"懸浮液"或"漿料"包含不溶的固體及水以及視需要的另外添加劑且通常包含大量的固體且因此比由其所形成的液體黏性更高且一般密度更高。
本發明意義中"消和中"或"消和"用語意指藉由使該化合物與水或濕氣接觸而使氧化鎂水合。
本發明意義中"煅燒"用語意指施用於固體材料的熱處理方法造成碳酸鹽和其他化合物失去水分、還原或氧化以及分解而產生相對應固體材料的氧化物。
本發明意義中"碳酸化"用語意指一種其中至少一個氫氧化物基被碳酸鹽取代的方法。
本發明意義中"熱-老化"用語意指在熱處理方法中具有起始較高內能狀態的結晶藉由溶解及再沉積於具有較低內能狀態的結晶上而進行相轉型。
根據本發明另一方面係提供水菱鎂礦，其中該水菱鎂礦可得自於本發明用於製備水菱鎂礦的方法。該水菱鎂礦較佳具有似板狀形態結合減少顆粒尺寸及改良的物理及光學性質。根據另一方面，可得自於本發明方法的該水菱鎂礦具有增加的密度。根據另外方面，本發明關於該水菱鎂礦在紙、塗料、橡膠及塑膠應用中作為礦物、填料及顏料的用途，以及關於其作為阻燃劑的用途。
根據本發明一個較佳具體實例，至少一種氧化鎂來源包含氧化鎂、菱鎂礦、白雲石、碳鈣鎂礦、碳酸鎂、氫氧化鎂、金鎂石或其混合物。
根據本發明方法一個較佳具體實例，氣態CO2 來自外部CO2 供應或來自CO2 再循環或二者。
根據本發明方法又一個較佳具體實例，含碳酸鹽的陰離子係選自由碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀或其混合物組成之群組。
根據本發明方法一個較佳具體實例，步驟d)的起始溫度被調整至介於5℃及35℃之間的溫度且最佳至10℃及30℃之間的溫度。
根據本發明方法一個較佳具體實例，步驟e)的熱-老化 步驟係在至少90℃的溫度進行、較佳在90℃及150℃之間的範圍、更佳在110℃及140℃之間的溫度範圍進行、又更佳在120℃及135℃之間的溫度且最佳在約130℃的溫度進行。
根據本發明又一個較佳具體實例，熱-老化步驟係進行達20分鐘至60分鐘的時間、較佳達20分鐘至40分鐘的時間且最佳達25至35分鐘的時間。
根據本發明一個較佳具體實例，步驟d)中所得沉澱的三水碳鎂石在步驟e)的熱-老化步驟之前被研磨。
根據本發明另一個較佳具體實例，在研磨之後可得到的沉澱的三水碳鎂石包含的顆粒其至少50%重量具有的平均顆粒尺寸於25μm、更佳小於20μm、又更佳小於15μm以及最佳小於10μm。
根據本發明另一個較佳具體實例，可由本發明方法所得到的水菱鎂礦具有的BET比表面積為10m2 /g至150m2 /g、更佳為10m2 /g至100m2 /g以及最佳為20m2 /g至70m2 /g。
根據本發明另一個較佳具體實例，可由本發明方法所得到的水菱鎂礦具有白度R457至少為80%、更佳至少為85%、又更佳在85%及99%之間以及最佳在85%及99%之間。
根據本發明另一個較佳具體實例，可由本發明方法所得到的水菱鎂礦包含的顆粒具有平均顆粒大小d 50 小於20μm、較佳小於15μm、更佳小於10μm以及最佳小於5μm。
根據本發明又另一個較佳具體實例，可由本發明方法 所得到的水菱鎂礦進一步經脂肪酸處理，較佳選自由一或多種脂肪酸組成之群組，該脂肪酸係選自硬脂酸、棕櫚酸、二十二酸、二十八酸、癸酸、月桂酸、肉荳蔻酸、異硬脂酸和二十六酸。
如同以上所述，本發明用於製備具備改良光學及物理性質之水菱鎂礦之方法包含步驟a)、b)、c)、d)及e)。在後文中涉及本發明進一步詳細內容以及特別是用於製備具有特定形態結合減少顆粒尺寸以及優良光學及物理性質的碳酸鎂的本發明方法的前述步驟。熟習此技藝人士將理解本文中所述許多具體實例可被合併或一起施用。
步驟a)的特徵：提供氧化鎂來源
根據本發明方法的步驟a)，提供至少一種氧化鎂來源。
本發明中該至少一種氧化鎂來源的意義指的是- 氧化鎂；及/或- 一種材料其中氧化鎂係天然生成；及/或- 一種材料其中至少一種生成的鎂化合物可被轉化成為氧化鎂。
據上所述，該至少一種氧化鎂來源較佳係選自氧化鎂、含氧化鎂之礦物、含鎂材料以及其混合物。較佳的氧化鎂來源係菱鎂礦及白雲石，其需要煅燒步驟以將所含鎂化合物轉化成為所欲氧化鎂。
在該至少一種氧化鎂來源係選自氧化鎂的情況下，該氧化鎂較佳係為粉末形式，其具有氧化鎂含量大於95重量%以及更佳大於98重量%，以粉末重量為基礎。在較佳具體實例中，為粉末形式之氧化鎂的顆粒為小顆粒尺寸；亦即氧化鎂顆粒具有平均顆粒尺寸d 99 值小於100 μm以及d 95 值小於75 μm，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
一種材料其中天然生成的氧化鎂形式被理解為包含氧化鎂的礦物。此富含氧化鎂的礦物的代表例如為方鎂石，其天然生成於接觸變質岩(contact metamorphic rocks)且為大部分基本耐火磚的主要成分。
對照之下，由彼可合成得到氧化鎂的材料，亦即可被轉化成為氧化鎂，可為任何含鎂材料，例如包含氫氧化鎂及/或碳酸鎂的材料。如果至少一種氧化鎂來源為含鎂材料，該材料包含鎂化合物、較佳量為至少15重量%、更佳至少25重量%以及最佳至少40重量%，以含鎂材料的總重量為基礎。
在至少一種氧化鎂來源為含鎂材料的情況下，該材料係較佳選自碳酸鎂、氫氧化鎂、菱鎂礦、金鎂石、白雲石、碳鈣鎂礦、富含氯化鎂之鹽水、由彼可得到氧化鎂的鹽水及其混合物。在本文中，本發明的"碳酸鎂"用語包含無水碳酸鎂以及包含結晶水(水合物)之碳酸鎂形式。
根據本發明，本發明方法中步驟a)的氧化鎂來源並不受限於以上所述特定的礦物及/或材料。並非任何礦物及/或材料可被使用，其前提是該礦物及/或材料包含足量的氧化鎂及/或相應的包含氧化鎂的礦物及/或材料或可至少部分被轉化成氧化鎂的礦物。
該至少部分鎂化合物轉化成氧化鎂較佳係藉由煅燒該材料而進行。該煅燒步驟可藉由任何為此技藝人士所悉知的傳統煅燒方法而進行。
在一個較佳具體實例中，至少一種氧化鎂來源為菱鎂礦(MgCO3 )，其係為為經常產生的僅僅由無水碳酸鎂組成的礦物。在本發明中此材料的意義將被視為含鎂材料。該菱鎂礦較佳係在約600℃至900℃的溫度被煅燒以得到為為輕煅燒(caustic calcined)菱鎂礦形式的氧化鎂。所得到輕煅燒菱鎂礦的顆粒的特徵為其高孔度且因為其大內表面積而具有高反應性且因此特別適合用於本發明目的。或者或另外地，其他形式碳酸鎂例如，為無水形式及/或包含結晶水形式的合成製備的碳酸鎂及/或其他天然生成形式的碳酸鎂亦可被用於提供該至少一種氧化鎂來源。碳酸鎂亦可如同施用於菱鎂礦的相同條件下被煅燒以將此等碳酸鎂至少轉化成氧化鎂。
較佳者，所得輕煅燒菱鎂礦具有氧化鎂含量大於85重量%、更佳大於90重量%以及最佳大於92重量%，以輕煅燒菱鎂礦的總重量為基礎。在較佳具體實例中，該輕煅燒菱鎂礦具有氧化鎂含量在90重量%及99重量%之間以及最佳在92重量%及98重量%之間，以輕煅燒菱鎂礦的總重量為基礎。得自於其他碳酸鎂的氧化鎂具有較佳的氧化鎂含量大於90重量%，例如在95重量%及99重量%之間的範圍，以氧化鎂的總重量為基礎。
得自於其他形式碳酸鎂的輕煅燒菱鎂礦及/或氧化鎂的顆粒較佳具有如本發明方法之步驟c)中所用將氧化鎂來源至少部分轉化成氫氧化鎂之相應方法中所涉材料傳統所用顆粒尺寸分佈。一般而言，得自於其他形式碳酸鎂的輕煅燒菱鎂礦顆粒及/或氧化鎂顆粒具有平均顆粒尺寸d 50 值從1 μm至100 μm、較佳從5 μm至50 μm以及最佳從10 μm至25 μm，例如，於15 μm及20 μm之間，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
如同在本文中以及在此技藝中一般所定義者，d 50 值係定義為50%(中點)顆粒團尺寸為具有等於特定值的顆粒尺寸的顆粒。
在含鎂材料為氫氧化鎂或含高含量氫氧化鎂的材料的情況下，該材料可直接進行本發明方法的步驟d)。或者或另外地，該含鎂材料可首先進行本發明方法的步驟c)的消和。
在另一個較佳具體實例中，該至少一種氧化鎂來源係白雲石，其僅由碳酸鎂鈣(CaMg(CO3 )2 )構成且因此代表含鎂礦物。為本發明之目的，任何可用的白雲石種類可作為至少一種氧化鎂來源。然而，在一個較佳具體實例中，白雲石係白色的白雲石，其代表相當純的白雲石，例如可為得自於或萃取自Norwegian Talc's Hammerfall deposits。為了至少部分轉化包含於該白雲石中的鎂化合物，亦即碳酸鹽，成氧化鎂，白雲石較佳在高溫下煅燒，其中該煅燒步驟可藉由任何為此技藝人士熟知的傳統煅燒方法進行。
在一個較佳具體實例中，白雲石係在900℃及1200℃之間的溫度以及更佳在1000℃及1100℃之間的溫度煅燒以得到燒結白雲石(MgO‧CaO)。或者，白雲石係在600℃及900℃之間的溫度、更佳在600℃及800℃之間的溫度以及最佳在約750℃的溫度煅燒以得到半燒結白雲石(MgO‧CaCO3 )。化學特徵，例如半燒結或燒結白雲石的反應性，亦即所得到氧化鎂的反應性，主要視為此技藝人士所習知的所用溫度及煅燒方法而定。例如，如果白雲石在1000℃至1100℃的溫度範圍煅燒以得到燒結白雲石，該溫度較佳被維持達30分鐘至120分鐘之間的期間以及最佳達45分鐘及90分鐘之間的期間，例如達約60分鐘。
受煅燒方法處理的白雲石較佳具有如同傳統上用於得到燒結或半燒結白雲石的相應煅燒方法所涉材料的尺寸分佈。在本文中，必須注意白雲石以及其他含鎂材料(例如作為本發明至少一種氧化鎂來源的菱鎂礦)通常為各種尺寸的岩石和顆粒的形式。為了得到具有足夠高反應性及/或足夠比表面積的足量氧化鎂，在煅燒該富含鎂材料之前，該岩石及/或顆粒較佳藉機械操作步驟被磨細，導致原粒度減少。磨細的結果，所得顆粒的平均粒度較佳在1 mm至250 mm的範圍、較佳在1 mm至150 mm的範圍、又更佳在1 mm至100 mm的範圍以及最佳在1 mm至75 mm的範圍。在一個較佳具體實例中，該顆粒較佳具有平均粒度範圍為10 mm及50 mm之間，係藉由在來自(Germany)的分析試驗篩上篩選以及測量所選擇尺寸範圍的質量分率所測定。此磨細步驟可例如在使得細緻主要來自於與第二本體的衝擊，即在一或多種垂直球磨機、球磨機、棒磨機、振磨機、輥式壓碎機、離心衝擊研磨機、磨擦研磨機、針磨機、錘碎機、粉碎機、撕碎機、破碎機、刀切機、或其他為此技藝人士習知的設備中的條件下進行、或者可在使得發生自體研磨的條件下進行。在一個較佳具體實例中，此磨細步驟係藉由使用球磨機研磨岩石及例如白雲石之岩粒而進行。
在含鎂材料已被煅燒且後續作為本發明方法之步驟c)中的相應氧化鎂來源的情況下，該磨細步驟可以，或者或另外地，在該含鎂材料已被煅燒之後進行進行，亦即在本發明方法之步驟c)之前。如果氧化鎂及/或含氧化鎂的礦物被作為至少一種氧化鎂來源，此磨細亦可在本發明之步驟c)之前進行。如果有氧化鎂來源的顆粒分佈被認為過廣及/或如果氧化鎂來源的中等直徑高於150 μm，此磨細步驟較佳本發明方法之步驟c)之前進行。據上所述，本發明方法步驟c)中所用氧化鎂來源的顆粒較佳的平均顆粒尺寸d 50 值從1 μm至150 μm、更佳從5 μm至100 μm以及最佳從10 μm至75 μm，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
步驟b)的特徵：提供氣態CO2 及/或含碳酸鹽陰離子
根據本發明方法的步驟b)，提供氣態CO2 及/或含碳酸鹽陰離子。
步驟b)中提供的二氧化碳可為任何形式的氣態CO2 ，例如二氧化碳、二氧化碳、含二氧化碳的氣體或碳酸，亦即溶於水中的二氧化碳。
在一個較佳具體實例中，氣態CO2 係衍生自氣態流出物，其係得自於煅燒各種由相同方法的步驟a)所提供的氧化鎂來源，亦即氣態二氧化碳係由CO2 的再循環而提供。藉由煅燒此來源例如碳酸鎂，例如為菱鎂礦形式，煅燒方法期間溫度上升會增加在該方法期間釋出的二氧化碳量。較佳者，所產生的二氧化碳自反應容器排出因為所得到的氧化鎂具有吸收水分以及二氧化碳的親和性，以致於該化合物進行反應而回到碳酸鎂。此氣體包含約5%至40%體積的CO2 以及較佳在純化之後使用，以及視需要使氣態流出物提高濃度或稀釋。
此外或替代地，二氧化碳可從外部來源供應，例如來自鋼瓶或從煙道氣體及/或使用爐窯的工業方法的廢氣及/或來自碳酸鹽與酸的適當的反應等。然而，應注意的是本發明方法的步驟b)中所提供的二氧化碳來源並不特別受限，其前提是該來源不含有反應性氣體。
步驟b)的氣態二氧化碳可以濃縮形式或稀釋形式被提供。如果氣態二氧化碳以稀釋形式被提供，二氧化碳較佳以與空氣或類似者的混合物被提供。
在此情況下，本發明方法的步驟b)中所提供的氣態二氧化碳具有，以體積為言，在例如空氣中的濃度小於40體積%、更佳小於35體積%以及最佳在10體積%及30體積%之間，以氣態組合物的總體積為基礎。二氧化碳來源中最小二氧化碳含量可為約8體積%，以氣態組合物的總體積為基礎。
此外或替代地，含碳酸鹽之陰離子被提供於本發明方法之步驟b)中。步驟b)的含碳酸鹽之陰離子可以任何形式的碳酸鹽形式被提供，其可溶於水，亦即溶於水而形成均勻溶液。在一個較佳具體實例中，含碳酸鹽之陰離子指的是碳酸鹽，當其與去離子水混合而提供在20℃大於50 g/l的溶解度、較佳在20℃大於100 g/l、更佳在20℃大於150 g/l以及最佳在20℃大於200 g/l。
據上所述，步驟b)的含碳酸鹽之陰離子較佳係選自包含鹼金屬碳酸鹽及/或鹼金屬碳酸氫鹽之群組，其中鹼金屬碳酸鹽及/或鹼金屬碳酸氫鹽的鹼金屬離子係選自鈉、鉀及其混合物。碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀及其混合物為較佳的本發明方法的步驟b)的含碳酸鹽陰離子。在一個較佳具體實例中，含碳酸鹽之陰離子為碳酸鈉。
在本發明本文中，"碳酸鈉"用語應包含為無水形式以及包含結晶水(水合物)式的碳酸鈉。在一個較佳具體實例中，本發明的碳酸鈉為無水碳酸鈉(Na2 CO3 )或碳酸鈉十水合物(Na2 CO3 ‧10 H2 O)。
"碳酸鉀"亦指為無水形式以及包含結晶水(水合物)形式的碳酸鉀。較佳地，本發明的碳酸鉀為無水碳酸鉀(K2 CO3 )。
在本發明本文中，"碳酸氫鈉"用語應包含為無水形式以及包含結晶水(水合物)的碳酸氫鈉。較佳地，本發明的碳酸氫鈉為無水碳酸氫鈉(NaHCO3 )。
在本發明本文中，"碳酸氫鉀"用語亦應包含為無水形式以及包含結晶水(水合物)的碳酸氫鉀。較佳地，本發明的碳酸氫鉀為無水的碳酸氫鉀(KHCO3 )。
如果含碳酸鹽之陰離子被提供於本明方法的步驟b)中，該含碳酸鹽之陰離子可以任何合適的固體形式被提供，例如以顆粒或粉末形式。或者，該含碳酸鹽之陰離子可以懸浮液或溶液形式被提供。
步驟c)的特徵：步驟a)的該氧化鎂來源的消和
根據本發明方法的步驟c)，該至少一種步驟a)的氧化鎂來源被消和而轉化至少一部分的氧化鎂成為氫氧化鎂。
本發明中"消和"的意義指的是氧化鎂在方法中被水合的方法。因此，"消和"用語意指將水加入氧化鎂而製備氫氧化鎂的方法。據上所述，步驟a)中所提供至少一種氧化鎂來源的氧化鎂顆粒在消和方法中被水合，其係使至少一種氧化鎂來源的氧化鎂與水接觸而進行。根據本發明的方法，氧化鎂至少部分被轉化成為氫氧化鎂。
在步驟c)中的消和方法中所用的水可為任何可用水例如自來水及/或去離子水。較佳地，用於消和步驟a)的至少一種氧化鎂來源所用水為自來水。
在本發明一個較佳具體實例中，步驟a)的至少一種氧化鎂來源一次加入水中及/或連續地在1小時或以內的期間、較佳在45分鐘或以內的期間、更佳在30分鐘或以內的期間以及最佳在15分鐘或以內的期間被加入水中，以產生或提供最終懸浮液的適合固體含量。在另一個較佳具體實例中，步驟a)的至少一種氧化鎂來源以10分鐘或以內的期間被加入水以得到最終懸浮液的適合固體含量。在本發明另一個較佳具體實例中，步驟a)的至少一種氧化鎂來源以數次、較佳以二至五次、更佳以二至四次、又更佳以二至三次以及最佳以二次被加入水中至最終懸浮液中的合適固體含量。
在步驟a)的至少一種的氧化鎂來源以數次被加入水中的情況下，步驟a)的至少一種氧化鎂來源較佳以約等份被加入水中。作為替代方案，亦可能以不等份(亦即以較大及較小部分)將步驟a)的至少一種的氧化鎂來源加入水中。在一個較佳具體實例中，首先將較大部分、接著將較小部分的至少一種氧化鎂來源加入最終懸浮液以消和或水合步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源。在另一個較佳具體實例中，首先將較小部分的步驟a)的至少一種氧化鎂來源加入、接著將較大部分加入水中以將步驟a)的至少一種氧化鎂來源至少部分轉化成為氫氧化鎂。
步驟a)的至少一種氧化鎂來源對水的比率較佳以懸浮液發展足夠或合適黏度的方式被調整。在一個較佳具體實例中，使用大量過量水，以致於懸浮液中水對至少一種氧化鎂來源的比率為使(水的體積)：(至少一種氧化鎂來源的體積)的比率係從40：1至3：1、更佳從30：1至3：1以及最佳從20：1至3：1者。例如，如果至少一種氧化鎂來源係選自輕煅燒菱鎂礦，懸浮液中水對輕煅燒菱鎂礦的比率為使得(水的體積)：(輕煅燒菱鎂礦的體積)的比率係從40：1至5：1、更佳從30：1至10：1以及佳從20：1至15：1者。在步驟a)的至少一種氧化鎂來源係選自燒結白雲石的情況下，懸浮液中水對在燒結的白雲石的比率可為使(水的體積)：(燒結白雲石的體積)的比率係30：1至3：1、更佳從20：1至3：1以及最佳從10：1至3：1者。在另一個較佳具體實例中，包含水及步驟a)中所提供至少一種氧化鎂來源的懸浮液具有固體含量為1重量%及20重量%之間以及最佳1.5重量%及17.5重量%之間，以懸浮液的總重量為基礎。
在一個較佳具體實例中，如果步驟a)中所提供至少一種氧化鎂來源具有較高的氧化鎂含量，該懸浮液具有較低的固體含量。在本發明中"高含量"用語的意義指的是相應氧化鎂來源中可被轉化成為氧化鎂的氧化鎂或鎂化合物的量至少70重量%，以氧化鎂來源的總乾重量為基礎。例如，如果步驟a)提供的至少一種氧化鎂來源為氧化鎂及/或具有高含量氧化鎂的含氧化鎂的礦物及/或具有高含量鎂化合物的含鎂材料(其可被轉化成為氧化鎂)，懸浮物中的固體含量可為1重量%及15重量%之間的範圍、更佳為1.5重量%及12.5重量%之間的範圍以及最佳2重量%及10重量%之間的範圍，以懸浮液的總重量為基礎。如果步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源係選自氧化鎂、方鎂石、菱鎂礦、碳酸鎂、氫氧化鎂以及其混合物，此固體含量較佳被調整。例如，步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源係得自於煅燒菱鎂礦所得輕煅燒菱鎂礦，懸浮液中的固體含量較佳為1重量%及12.5重量%之間的範圍、更佳為1.5重量%及10重量%之間的範圍、又更佳為2重量%及7.5重量%之間的範圍以及最佳在4重量%及6重量%之間的範圍，例如，在4.5重量%及5.5重量%之間的範圍，以懸浮液的總重量為基礎。
在另一個較佳具體實例中，如果步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源具有較低的氧化鎂含量，該懸浮液可具有較高的固體。本發明中"低含量"用語的意義指的是在相應氧化鎂中可被轉化成氧化鎂的氧化鎂或鎂化合物的量小於70重量%，以氧化鎂來源的總乾重量為基礎。例如，如果步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源為具有低含量氧化鎂的含氧化鎂的礦物及/或具有低含量鎂化合物的含鎂材料(其可被轉化成為氧化鎂)，懸浮液中固體含量可為10重量%及20重量%之間的範圍、更佳為10重量%及17.5重量%之間的範圍以及在12.5重量%及17.5重量%之間的範圍，以懸浮液的總重量為基礎。如果步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源係選自白雲石、碳鈣鎂礦以及其混合物，此固體含量較佳被調整。例如，如果步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源係得自於煅燒白雲石的燒結白雲石，懸浮液中的固體含量較佳為10重量%及20重量%之間的範圍、更佳為12.5重量%及17.5重量%之間的範圍以及最佳為15重量%及17.5重量%之間的範圍，例如，在16重量%及17重量%之間，以懸浮液的總重量為基礎。
視設備及地點條件而定，消和方法較佳係與具有提高溫度的水進行以提供具有高比表面積的小氫氧化鎂顆粒以及額外地地又或者以得到充足的反應速率。再者、因為進入的水溫可能負面影響需要進行消和方法所需時間，應較佳避免至少一種氧化鎂來源與冷水接觸。在冷水與氧化鎂接觸的情況下，可能產生稱為"掩沒(drowning)"的狀況，造成氫氧化鎂顆粒十分粗糙及非常不具反應性。因此，消和方法中所用水的溫度應較佳高於室溫但低於水的沸點。
在一個較佳具體實例中，被加入反應器用以消和該至少一種步驟a)所提供的氧化鎂來源的水溫較佳在20℃與90℃間之範圍、更佳在30℃與60℃間之範圍以及最佳在35℃與55℃間之範圍，例如40℃或50℃。
例如，如果步驟a)所提供的至少一種氧化鎂來源為得自於煅燒菱鎂礦所得到的輕煅燒，該溫度較佳在20℃與45℃間之範圍、更佳在25℃與45℃間之範圍以及最佳在35℃與45℃間之範圍，例如，約40℃。在步驟a)所提供的至少一種氧化鎂來源係藉由燃燒白雲石所得燒結白雲石的情況下，該溫度較佳在35℃與60℃間之範圍、更佳在40℃與55℃間之範圍以及最佳在45℃與55°間之範圍C，例如約50℃。
在消和方法期間，反應器內溫度由於水溫度、氧化鎂反應性以及水的品質的變化而改變，因此懸浮液溫度可被經常調整。較佳者，溫度被連續地控制。或者，溫度可被重覆地控制。在另一個較佳具體實例中，在進行本發明方法的步驟c)期間，不調整懸浮液溫度。
在一個較佳具體實例中，步驟c)的消和方法係藉由攪拌懸浮液而進行。在此方面，攪拌可以連續或不連續方式進行。然而，因為消和方法期間的攪拌程度可能對所得到的氫氧化鎂有影響，懸浮液較佳被連續地攪拌。在此方面，太少攪拌可能導致懸浮液內溫度不均勻而產生熱及冷點。此不均勻溫度可能導致大尺寸及表面積減少的結晶以及顆粒結塊，而冷點將導致掩沒或較多量未水合的氧化鎂顆粒。
本發明方法的步驟c)的消和方法較佳進行至其中至少一種氧化鎂來源中所含至少部分氧化鎂被轉化成為其個別氫氧化物，即氫氧化鎂之處。在此方面，要注意的是只有部分至少一種氧化鎂來源所含氧化鎂在步驟c)的消和方法期間被轉化成個別氫氧化鎂。例如，如果至少一種氧化鎂來源與具有約40℃溫度的消和水接觸約15分鐘，被轉化成氫氧化鎂的氧化鎂的量在5重量%與15重量%之間的範圍，例如，約10重量%，亦即氧化鎂含量在85重量%與95重量%之間的範圍，例如約90重量%，以氧化鎂及氫氧化鎂的總重為基礎。相較之下，如果至少一種氧化鎂來源與具有約40℃溫度的消和水接觸約30分鐘，被轉化成氫氧化鎂的氧化鎂的量在15重量%與25重量%之間的範圍，例如，約20重量%，亦即氧化鎂含量在75重量%與85重量%之間的範圍，例如約80重量%，以氧化鎂及氫氧化鎂的總重為基礎。
至少一種氧化鎂來源及氫氧化鎂的混合物，其係得自於在40℃的水溫及30分鐘消和期間消和在步驟a)的該氧化鎂來源，其可具有(氧化鎂重量)：(氫氧化鎂重量)的比率，較佳從10：1至2：1、更佳從8：1至3：1以及最佳從6：1至3：1。在本文中，應注意的是所得到氫氧化鎂與步驟b)的氣態二氧化碳及/或含碳酸鹽之陰離子的轉化或反應之後，混合物中步驟a)至少一種氧化鎂來源的另外氧化鎂被轉化成氫氧化鎂，然後亦可與二氧化碳及/或含碳酸鹽之陰離子反應。換言之，本發明方法可使用氧化鎂及氫氧化鎂混合物(其可得自於部分消和反應)而進行，因為在已包含於起始混合物中的氫氧化鎂與步驟b)的氣態二氧化碳及/或含碳酸鹽之陰離子反應之後，殘餘的氧化鎂被連續地轉化成氫氧化鎂。步驟a)的至少一種氧化鎂來源可分數次及/或連續地於所欲進行本發明方法的時間被加入水中以進行本發明步驟c)的消和及/或直到得到所欲量的最終產物。在該方法中，可經常調整水量以得到適合進行本發明方法的固體含量及/或黏度。
應注意的是，在具有低氧化鎂含量的含氧化鎂礦物及/或具有低鎂化合物(其可被轉化成氧化鎂)含量的含鎂材料係作為步驟a)中所提供的氧化鎂來源的情況下，該礦物及/或材料通常包含氧化鎂及/或可被轉化成氧化鎂的鎂化合物的含量小於70重量%，以氧化鎂來源的總乾重為基礎；即原材料進一步包含其他化合物例如鹼金屬及/或鹼土金屬的碳酸鹽、氧化物、氫氧化物等。
例如，如果步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源為白雲石，該礦物僅係由碳酸鎂及碳酸鈣製成。然而，白雲石天然產物不僅具有關於特定化合物的變化組成亦具有關於範圍廣泛的碳酸鎂及碳酸鈣的比率的變化組成。天然生成白雲石中碳酸鎂對碳酸鈣的比率通常為使得(碳酸鎂重量)：(碳酸鈣重量)的比率為從2：1至1：2、更佳從1.5：1至1：1.5以及最佳約1：1。
因此，藉由使用白雲石作為步驟a)的氧化鎂來源，在步驟c)的消和之前進行的煅燒步驟不僅導致碳酸鎂轉化成氧化鎂亦以相應比率導致碳酸鈣轉化成氧化鈣，視所用白雲石而定。在此種所得氧化鎂及氧化鈣的混合物藉由步驟c)被消和的情況下，該消和作用將氧化鎂至少部分轉化成氫氧化鎂且，除此之外，氧化鈣幾乎完全被轉化成氫氧化鈣；即藉由本發明方法的步驟c)中燒結白雲石的消和作用，得到包含氫氧化鎂、氫氧化鈣、氧化鎂及氧化鈣的混合物。本發明"幾乎完全被轉化"用語指的是在反應中至少99重量%、更佳至少99.2重量%以及最佳99.5重量%的化合被轉化成個別反應產物。例如，如果氧化鎂及氧化鈣的混合物藉步驟c)被消和，該消和轉化至少99重量%的氧化鈣、更佳至少99.2重量%以及最佳至少99.5重量%，以氧化鈣的總乾重量為基礎，而氧化鎂僅部分被轉化成氫氧化鎂。
進行步驟c)的消和方法所需要時間為藉由用於進行本發明方法的步驟d)的至少一種氧化鎂來源的水合/消和作用而得到足量氫氧化鎂所需要時間。此時間主要視步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源而定。
在較佳具體實例中，如果步驟a)所提供的至少一種氧化鎂來源為以下形式：氧化鎂及/或具有高氧化鎂含量的含氧化鎂的礦物及/或具有高含量鎂化合物的含鎂材料(其可被轉化成為氧化鎂)，步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源被消和較短時間。該時間期間較佳在5分鐘與30分鐘之間的範圍、更佳在5分鐘與20分鐘之間的範圍以及10分鐘與20分鐘之間的範圍。如果步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源係選自氧化鎂、方鎂石、菱鎂礦、碳酸鎂、氫氧化鎂以及其混合物，此段較短時間較佳被施用於消和步驟。例如，如果步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源為得自煅燒菱鎂礦的輕煅燒菱鎂礦，該時間期間較佳在10分鐘與30分鐘之間的範圍、更佳在10分鐘與25分鐘之間的範圍以及最佳在10分鐘與20分鐘之間的範圍，例如約15分鐘。
在另一個較佳具體實例中，如果步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源為具有較低氧化鎂含量的含氧化鎂的礦物及/或具有較低鎂化合物含量的含鎂材料(其可被轉化成氧化鎂)，步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源被消和較長的時間。該段時間較佳在5分鐘與60分鐘之間的範圍、更佳在10分鐘與45分鐘之間的範圍以及最佳在20分鐘與40分鐘之間的範圍。如果步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源係選自白雲石、碳鈣鎂礦以及其混合物，此段較長的時間較佳被施用。例如，如果至少一種步驟a)中所提供的氧化鎂來源為藉由煅燒白雲石所得燒結白雲石，該時間期間較佳在15分鐘與50分鐘之間的範圍、更佳在15分鐘與45分鐘之間的範圍以及最佳在25分鐘與40分鐘之間的範圍，例如約30分鐘。
在進行本發明步驟c)之後，所得氫氧化鎂及氧化鎂的混合物被成形為進行步驟d)的合適懸浮液。此懸浮液的總固體含量較佳為1重量%與20重量%之間的範圍、更佳在1重量%與15重量%之間的範圍以及最佳在2重量%與10重量%之間的範圍，以在步驟c)中所得懸浮液總重量為基礎。例如，如果氫氧化鎂係得自於菱鎂礦作為至少一種氧化鎂來源，該懸浮液的總固體含量較佳在2重量%與8重量%之間的範圍、更佳在3重量%與7重量%之間的範圍以及最佳在4重量%與6重量%之間的範圍，例如約5重量%，以在步驟c)中所得懸浮液的總重量為基礎。如果氫氧化鎂係得自於白雲石作為至少一種氧化鎂來源，該懸浮液的總固體含量較佳為5重量%與10重量%之間的範圍、更佳為6重量%與10重量%之間的範圍以及最佳為7重量%與9重量%之間的範圍，例如約8重量%，以步驟c)中所得懸浮液的總重量為基礎。
此外或替代地，所得包含氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液較佳具有黏度小於1000 mPa‧s以及更佳小於100 mPa‧s，如以100 rpm轉速且配備LV-3轉針的Brookfield DV-II黏度計測量。在當所得懸浮液具有固體含量高於或低於所欲範圍及/或該懸浮液的黏度太高或太低的情況下，該懸浮液可被水稀釋或者藉任何傳統為此技藝人士習知的方法加以濃縮而得到所欲固體含量及/或黏度的懸浮液供進一步方法步驟之用。
所得包含氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液較佳具有的pH大於8、更佳大於9以及最佳大於10，根據下文所述實施例中所述測量方法加以測定。
步驟d)的特徵：使所得氫氧化鎂與該氣態CO2 及/或含碳酸鹽之陰離子接觸。
根據本發明方法的步驟d)，步驟c)的該所得氫氧化鎂與步驟b)的該氣態二氧化碳及/或含碳酸鹽之陰離子接觸以將氫氧化鎂至少部分轉化成為沉澱的三水碳鎂石。
氫氧化鎂較佳為懸浮液形式且係由水、氫氧化鎂、未反應氧化鎂以及一般與氫氧化鎂懸浮液有關聯的雜質例如二氧化矽、氧化鈣、氫氧化鈣及其他鎂化合物例如碳酸鎂等所組成。
在較佳具體實例中，該懸浮液具有總固體含量至多為20重量%、較佳至多為15重量%、更佳至多為10重量%以及最佳為1重量%與8.5重量%之間，以懸浮液總重量為基礎。
在當包含氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液係得自於菱鎂礦作為至少一種氧化鎂來源的情況下，該懸浮液的固體含量較佳為2重量%與8重量%之間的範圍、更佳為3重量%與7重量%之間的範圍以及最佳為4重量%與6重量%之間的範圍，例如為4.5重量%與5.5重量%之間的範圍，以步驟c)中所得懸浮液的總重量為基礎。如果包含氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液係得自於白雲石作為步驟a)的至少一種氧化鎂來源，該懸浮液中的氫氧化鎂及氧化鎂的固體含量較佳為1重量%與10重量%之間的範圍、更佳為2.5重量%與5重量%之間的範圍以及最佳為3重量%與5重量%之間的範圍，例如在3.5重量%與4.5重量%之間的範圍，以步驟c)中所得懸浮液的總重量為基礎。
在一個較佳具體實例中，以藉由白雲石的消和作用所得該懸浮液作為步驟a)所提供的至少一種氧化鎂來源進一步包含氫氧化鈣。在此情況下，懸浮液中的氫氧化鈣固體含量較佳為1重量%與10重量%之間的範圍、更佳為2.5重量%與5重量%之間的範圍以及最佳為3重量%與5重量%之間的範圍，例如在3.5重量%與4.5重量%之間的範圍，以步驟c)中所得懸浮液的總重量為基礎。在另一個較佳具體實例中，包含氫氧化鎂、氧化鎂及氫氧化鈣的該懸浮液的固體含量較佳為2重量%與20重量%之間的範圍、更佳為2重量%與10重量%之間的範圍、又更佳為5重量%與10重量%之間的範圍以及最佳為6重量%與10重量%之間的範圍，例如為7重量%與9重量%之間的範圍，以步驟c)中所得懸浮液的總重量為基礎。
此外或替代地，藉由燒結白雲石的消和作用作為本發明方法步驟c)中的至少一種氧化鎂來源，所得懸浮液中氧化鎂及氫氧化鎂對氫氧化鈣的比率變化範圍大。然而，在步驟c)的懸浮液係得自於燒結白雲石作為步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源，所得懸浮液中氧化鎂及氫氧化鎂對氫氧化鈣的比率較佳為使得(氧化鎂及氫氧化鎂的重量)：(氫氧化鈣的重量)的比率為從2：1至1：2、更佳為1.5：1至1：1.5以及最佳為約1：1。
在視需要的具體實例中，所得在懸浮液中的氫氧化鎂及氧化鎂的混合物的顆粒可在方法步驟d)之前藉其顆粒尺寸分離或與雜質分離。較佳地，氫氧化鎂與具有顆粒尺寸大於300 μm的顆粒分離以及更佳藉由為此技藝人士習知的分離技術例如藉振動篩網及類似者與具有顆粒尺寸大於200 μm的顆粒分離。
步驟d)在本文中涉及使步驟c)中所得氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液與足量的步驟b)所提供的氣態CO2 及/或含碳酸鹽之陰離子接觸，直到至少一部分所提供的氫氧化鎂被轉化成為結晶性碳酸鎂沉澱(沉澱的碳酸鎂)。在本文中，應注意的是形成該結晶性碳酸鎂沉澱可能會導致懸浮液中殘留的氧化鎂轉化成氫氧化鎂，藉由使所得氫氧化鎂與足量的步驟b)所提供的氣態CO2 及/或含碳酸鹽之陰離子接觸，其可進一步被轉化成該結晶性碳酸鎂沉澱。持續碳酸化直到實質上所有鎂被沉澱，以致於懸浮液幾乎完全是由結晶性碳酸鎂沉澱組成。該結晶性碳酸鎂沉澱的特徵為三水碳鎂石，其具有式Mg(HCO3 )(OH)‧2H2 O，亦可敘述為MgCO3 ‧3H2 O。所得到的沉澱的三水碳鎂石結晶為棱柱狀細長型態，為三水碳鎂石之典型。
對步驟c)中所得包含氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液與步驟b)該氣態CO2 之接觸而言，該氣體較佳通過懸浮液起泡。藉由將氣態CO2 通過懸浮液起泡，藉由氣體在懸浮液中流動而完成充分混合，以致於不需要額外的攪拌。此外或替代地，攪拌包含氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液可提供更徹底的混合且因此完成氫氧化鎂轉化成碳酸鎂的時間更短，即沉澱的三水碳鎂石。在較佳具體實例中，包含氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液經額外的攪拌以確保徹底混合顆粒以提供足量未反應的氫氧化鎂顆粒使該顆粒與該CO2 接觸。此種攪拌可連續或不連續地進行，只要該混合提供氫氧化鎂充分轉化成碳酸鎂。在一個較佳具體實例中，懸浮液較佳被連續地攪拌。
在一個較佳具體實例中，該氣態CO2 較佳被加入包含氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液以固定速率將氣態CO2 通過懸浮液起泡。該速率較佳在每公斤氧化鎂0.1與10公斤CO2 /小時之間的範圍、更佳在每公斤氧化鎂0.2與5公斤CO2 /小時之間的範圍以及最佳在每公斤氧化鎂0.5與2公斤CO2 /小時。
較佳者，包含氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液對含水懸浮液中氣態CO2 的比率，以體積而言，為使得(懸浮液體積)：(氣態CO2 體積)的比率為從1：0.5至1：10以及更佳為1：0.5至1：5。在一個較佳具體實例中，懸浮液中氫氧化鎂對氣態CO2 的比率，以體積而言，為使得比率(氫氧化鎂體積)：(氣態CO2 體積)為從1：2至1：100以及更佳為1：5至1：50。
在一個較佳具體實例中，碳酸化，即氫氧化鎂的轉化，係藉由排放氣體中pH值及/或導電率及/或溫度及/或CO2 含量的變化加以監控以控制反應的進行或完成。
例如，如果該結晶性碳酸鎂沉澱係得自於作為步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源的輕煅燒菱鎂礦，在本發明方法的步驟d)之前，包含氧化鎂及氫氧化鎂的懸浮液的pH較佳在pH 10與12之間的範圍、約略pH 11。在一個較佳具體實例中，該懸浮液的pH在步驟c)所得氫氧化鎂與步驟b)的該氣態CO2 接觸期間降低，以致於所得懸浮液在進行步驟d)的方法之後具有的pH為7與8之間的範圍，約在pH 7.5與8之間。
相較之下，如果該結晶性碳酸鎂沉澱係得自於作為步驟a)所提供的至少一種氧化鎂來源的燒結白雲石，在本發明方法的步驟d)之前，包含氧化鎂及氫氧化鎂及氫氧化鈣的懸浮液的pH較佳大於pH 11、約略pH 12。在一個較佳具體實例中，該懸浮液的pH在所得步驟c)的氫氧化鎂與步驟b)的該氣態CO2 接觸期間會降低，在進行方法步驟d)之後，以致於所得懸浮液具有pH在7與8之間的範圍、約pH 7.5與8之間。
在本發明步驟d)一開始所提供的溫度對用於控制所得沉澱的三水碳鎂石的形成或其性質係有決定性的，即使所用溫度可能在特定範圍內變動。例如，步驟d)中所提供的碳酸化的起始溫度可被調整至5℃與35℃之間範圍的溫度以及最佳在10℃與30℃之間範圍的溫度。
在進行步驟d)的同時，懸浮液內溫度可較佳被控制及維持在該起始溫度。在此方面，應注意的是本發明意義中該方法步驟期間"維持溫度"用語係關於較佳不超過起始溫度5℃的溫度；即如果起始溫度被例如，調整至25℃的溫度，方法步驟期間的溫度不能超過30℃。例如，如果至少一種步驟a)中所提供的氧化鎂來源為藉煅燒菱鎂礦所得輕煅燒的菱鎂礦，在方法步驟d)一開始的該起始溫度較佳在20℃與28℃之間的範圍以及最佳在24℃與26℃之間的範圍。在進行步驟d)期間，溫度較佳被控制及維持在20℃與25℃之間的範圍。另一個實例中，如果步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源為藉由煅燒白雲石所得燒結白雲石，在方法步驟d)一開始的該起始溫度較佳在20℃與28℃之間的範圍以及最佳在24℃與26℃之間的範圍。在進行步驟d)期間，溫度較佳被控制及維持在20℃與30℃之間。
在另一個較佳具體實例中，在進行步驟d)時，讓方法步驟d)一開始的起始溫度上升。然而，由於放熱反應之故，反應混合物的溫度可能上升至50℃及更高的溫度。在方法中此具體實例中的最高溫度較佳不大於50℃以及最佳最高溫度在步驟d)期間達到的溫度不大於約45℃。如果在步驟d)進行期間讓溫度上升，調整的起始溫度較佳為5℃與15℃之間的範圍。如果至少一種步驟a)中所提供的氧化鎂來源係選自白雲石、碳鈣鎂礦及其混合物，較佳施用此種設定。例如，如果至少一種步驟a)中所提供的氧化鎂來源係藉由煅燒白雲石所得燒結白雲石，本發明方法的步驟d)期間的該起始溫度較佳為7℃與15℃之間的範圍、更佳為10℃與15℃之間的範圍以及最佳在11℃與13℃之間的範圍。在進行步驟d)期間，讓溫度上升以致於溫度上升至至高50℃的最高溫度、較佳在40℃與45℃之間。
如果在步驟c)中所得包含氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液與步驟b)的該含碳酸鹽之陰離子接觸，含碳酸鹽之陰離子較佳以任何合適的固體形式被加入該懸浮液，例如為顆粒或粉末形式或為懸浮液或溶液形式。在一個較佳具體實例中，在添加含碳酸鹽之陰離子期間，攪拌包含氫氧化鎂及氧化鎂的懸浮液，其可提供更徹底混合且因此完成氫氧化鎂轉化成碳酸鎂(即沉澱的三水碳鎂石)的時間更短。此攪拌可連續或不連續地進行，只要混合提供氫氧化鎂充分轉化成碳酸鎂。在一個較佳具體實例中，懸浮液較佳被連續地攪拌。
較佳者，含碳酸鹽之陰離子在包含氧化鎂及氫氧化鎂的懸浮液中的濃度為使得該懸浮液：含碳酸鹽之陰離子的重量比率為從300：1至10：1、更佳250：1至25：1、以及又更佳200：1至50：1。
進行本發明方法的步驟d)，沉澱的中間產物係得自於使所得步驟c)的氫氧化鎂懸浮液與步驟b)的氣態CO2 及/或含碳酸鹽之陰離子接觸。該沉澱的中間產物的特徵在於為具有式Mg(HCO3 )(OH)‧2H2 O的三水碳鎂石，其亦可被敘述為MgCO3 ‧3H2 O。所得到的沉澱的三水碳鎂石結晶為棱柱狀細長型態，為三水碳鎂石之典型。
據上所述，進行步驟d)的碳酸化所需要的時間為幾乎完成步驟c)所得氫氧化鎂轉化成為沉澱的三水碳鎂石的時間。此幾乎完成氫氧化鎂轉化成為沉澱三水碳鎂石較佳在4小時內得到、更佳在3小時內得到、又更佳在2小時內得到以及最佳在90分鐘內得到，從至少部分的步驟c)所得氫氧化鎂與該氣態CO2 及/或含碳酸鹽之陰離子開始接觸算起。
所得沉澱的三水碳鎂石較佳為含水懸浮液形式。頃發現較佳為沉澱的三水碳鎂石的懸浮液且具有在懸浮液中的固體含量多至50重量%、較佳為1與50重量%之間、更佳為1與25重量%之間以及最佳為5與15重量%之間，以懸浮液的總重量為基礎。在當所得懸浮液具有固體含量高於或低於所欲範圍的情況下，該懸浮液可被水稀釋或者藉任何傳統為此技藝人士習知的方法加以濃縮而得到所欲固體含量的懸浮液供進一步方法步驟之用。
在視需要的具體實例中，所得在懸浮液中的沉澱的三水碳鎂石的顆粒可在熱-老化步驟之前藉其顆粒尺寸分離或與雜質分離。在一個較佳具體實例中，沉澱的三水碳鎂石係製備自具有平均顆粒尺寸d 50 值不大於200 μm的顆粒、更佳自具有平均顆粒尺寸d 50 值不大於150 μm的顆粒以及最佳自具有平均顆粒尺寸d 50 值不大於100 μm的顆粒，如藉由篩網和測量選定尺寸範圍的質量分率所測定者。
在本文中，應注意所得沉澱的三水碳鎂的平均顆粒尺寸d 50 值變化範圍大，但是一般而言，所得沉澱的三水碳鎂顆粒具有的平均顆粒尺寸d 50 值小於50 μm、更佳小於35 μm、又更佳小於20 μm以及最佳小於15 μm，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
例如，如果至少一種氧化鎂來源係衍生自為輕煅燒菱鎂礦形式的菱鎂礦，所得在懸浮液中沉澱的三水碳鎂石的顆粒較佳具有平均顆粒尺寸d 50 值小於30 μm、更佳小於25 μm、又更佳小於20 μm以及最佳小於10 μm與15 μm之間，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
相較之下，如果步驟d)的沉澱的三水碳鎂石係得自於作為步驟a)所提供的至少一種氧化鎂來源的燒結白雲石，步驟d)中所得懸浮液可進一步包含沉澱的碳酸鈣(PCC)。在此情況下，在懸浮液中所得沉澱的三水碳鎂石及沉澱的碳酸鈣的顆粒混合物較佳具有總平均顆粒尺寸d 50 值小於20 μm、更佳小於15 μm、又更佳小於10 μm以及最佳小於7.5 μm，例如小於5 μm，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
在特佳的具體實例中，在熱-老化步驟之前研磨懸浮液中所得沉澱的三水碳鎂石顆粒以提供具有減少顆粒尺寸的顆粒及/或提供約相等直徑的顆粒。研磨步驟可以任何傳統研磨裝置例如為此技藝人士習知的研磨機進行。在一個較佳具體實例中，在含水懸浮液中的沉澱的三水碳鎂石顆粒在垂直珠磨機中進行濕式研磨。較佳者，該濕式研磨係在特定能量輸入之研磨期間於10千瓦小時/乾噸至500千瓦小時/乾噸下進行、更佳在特定能量輸入之研磨期間於20千瓦小時/乾至300千瓦小時/乾噸下進行以及最佳在特定能量輸入之研磨期間於50千瓦小時/乾噸至200千瓦小時/乾噸下進行，例如，在特定能量輸入之研磨期間於約100千瓦小時/乾噸下進行。
如果氧化鎂來源係衍生自為輕煅燒菱鎂礦形式的菱鎂礦，中間研磨步驟特別有利。據上所述，如果沉澱的三水碳鎂石顆粒在本發明方法的步驟e)的熱-老化之前被研磨，得自作為步驟a)的至少一種氧化鎂來源的輕煅燒菱鎂礦的三水碳鎂石顆粒較佳具有平均顆粒尺寸d 50 值小於25 μm、更佳小於20 μm、又更佳小於15 μm以及最佳小於10 μm，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
然而，在當得自於燒結白雲石的沉澱的三水碳鎂石及沉澱的碳酸鈣的顆粒混合物而作為步驟a)的至少一種氧化鎂來源在熱-老化步驟之前被研磨的情況下，所得沉澱的三水碳鎂石及沉澱的碳酸鈣的混合物中的顆粒較佳具有總平均顆粒尺寸d 50 值小於10 μm、更佳小於7.5 μm、又更佳小於5 μm以及最佳小於3 μm，例如小於2.5 μm，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
須進一步注意如果步驟d)的沉澱的三水碳鎂係得自於燒結白雲石而作為步驟a)的至少一種氧化鎂來源，本發明方法步驟d)中所得懸浮液中沉澱的三水碳鎂石及沉澱的碳酸鈣比率可在大範圍內變動。較佳者，所得懸浮液中沉澱的三水碳鎂石對沉澱的碳酸鈣的比率較佳為使得(沉澱的三水碳鎂石的重量)：(沉澱的碳酸鈣的重量)的比率為從3：1至1：3、更佳為2：1至1：2以及最佳為從1.5：1至1：1.5。
此外或替代地，在進行本發明方法步驟d)之前可將多醣加入懸浮液；即在步驟d)的碳酸化期間含有至少一種氧化鎂來源的懸浮液包含該多醣。多醣較佳係選自由山梨醇、甘露醇、蔗糖及混合物組成之群組。在一個較佳具體實例中，多醣為山梨醇。
多醣較佳以某量被加入懸浮液使得其包含於所得懸浮液中的濃度在0.001重量%與5重量%之間、更佳在0.01重量%與0.1重量%之間以及最佳在0.05重量%與0.75重量%之間，以懸浮液總重量為基礎。
多醣可以任何合適的固體形式被加入懸浮液，例如以顆粒或粉末的形式。或者，多醣可以懸浮液或溶液的形式被加入懸浮液。
步驟e)的特徵：以熱-老化步驟處理所得沉澱的三水碳鎂石
根據本發明方法步驟e)，步驟d)的該所得沉澱的三水碳鎂石被熱-老化處理以得到水菱鎂礦。
本發明"熱-老化"用語的意義為一種熱方法其中結晶例如起始具有較高內能狀態的三水碳鎂石藉由溶解或再沉積入具有較低內能狀態的結晶內而進行相轉型。此方法導致最終結晶產物的特徵為更完美的晶格結構、較窄的顆粒尺寸分佈、較大顆粒散離度及較低的表面能。
步驟d)所得沉澱的三水碳鎂石的熱-老化可在高於90℃以及最佳在溫度90℃與150℃間的範圍的溫度進行，其中該溫度範圍反映將所得沉澱的三水碳鎂石轉化成水菱鎂礦所需要的範圍；即進行熱-老化的溫度愈高，達成沉澱的三水碳鎂石幾乎完全轉化成水菱鎂礦所需要的時間愈短或者進行熱-老化的溫度愈低，達成沉澱的三水碳鎂石幾乎完全轉化成水菱鎂礦所需要的時間愈長。較佳者，沉澱的三水碳鎂石被維持在熱-老化溫度達充分時間以造成三水碳鎂石的形態重排至最終產物水菱鎂礦的最終形式。在此方面，用於達成從沉澱的三水碳鎂石開始幾乎完全轉化成水菱鎂礦所需要時間可在10分鐘與數小時之間變化，視該熱-老化步驟期間用溫度而定。
沉澱的三水碳鎂石應被維持在熱-老化溫度的時間期間以再結晶至具有減少顆粒尺寸的新形態係由沉澱的三水碳鎂石的起始形態以及碳酸鎂中存在的任何雜質的性質及程度而定。例如，當沉澱的三水碳鎂石材料具有小的起始平均顆粒尺寸，在約130℃的該老化步驟的時間期間係短至例如約30分鐘。
為了得到特定小顆粒水菱鎂礦，用於將沉澱的三水碳鎂石轉化成水菱鎂礦的熱-老化方較佳在90℃與150℃之間範圍的溫度、較佳在110℃與140℃之間範圍的溫度、更佳在120℃至135℃之間範圍的溫度以及最佳在約130℃的溫度進行。
例如，如果沉澱的三水碳鎂石的熱-老化溫度被調整至約130℃的溫度，該溫度較佳被維持大於10分鐘的時間以及更佳在20分鐘與60分鐘之間的時間。在一個較佳具體實例中，熱-老化溫度被維持20分鐘與40分鐘之間的時間、更佳在25與35分鐘之間的時間以及最佳在約30分鐘的時間。熱-老化反應可藉由在特定期間測定水菱鎂礦的表面積/或導電性而加以監控。
在視需要的具體實例中，將漂白劑加入步驟d)中所得三水碳鎂石的懸浮液；即在進行步驟e)的熱-老化之前加入該漂白劑。此外或替代地，漂白劑可在碳酸化步驟期間被加入，即在該步驟期間使步驟c)所得氫氧化鎂與步驟b)的氣態CO2 接觸。
在一個較佳具體實例中，漂白劑可為二硫亞磺酸鈉。在進一步較佳具體實例中，漂白劑為甲脒亞磺酸。替代地或此外，可使用其他合適的漂白劑。
漂白劑較佳被加入相應懸浮液的量使得其分別包含於所得氫氧化鎂及沉澱的三水碳鎂石懸浮液中的濃度為0.001重量%與10重量%之間、更佳為0.01重量%與1重量%之間以及最佳在0.05重量%與0.5重量%之間，以懸浮液總重量為基礎。
漂白劑可以任何合適的固體形式被加入相應的懸浮液，例如以顆粒或粉末的形式。或者，漂白劑可以懸浮液或溶液的形式被加入相應的懸浮液。
藉由使用本發明方法，可以提供具有特定減少顆粒尺寸的水菱鎂礦顆粒。較佳者，所得水菱鎂礦顆粒具有平均顆粒尺寸d 50 值為小於20 μm的範圍、較佳小於15 μm、更佳小於10 μm以及最佳小於5 μm，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
在一個較佳具體實例中，如果該水菱鎂礦係得自於為氧化鎂形式及/或具有高氧化鎂含量的包含氧化鎂的礦物形式及/或具有高鎂化合物含量的包含鎂的材料形式(其可被轉化成為氧化鎂)的氧化鎂來源，可以得到具有高含量水菱鎂礦的水菱鎂礦懸浮液。該水菱鎂礦含量較佳大於85重量%、更佳大於90重量%以及最佳大於95重量%，以懸浮液中固體含量的總重量為基礎。例如，如果菱鎂礦係作為步驟a)中所提供的至少一種氧化鎂來源，水菱鎂礦含量較佳為大於90重量%、更佳為大於93.5重量%以及最佳為大於97重量%，以懸浮液中的固體含量的總重量為基礎。
再者，如果該水菱鎂礦係得自於為氧化鎂形式及/或具有高氧化鎂含量的包含氧化鎂的礦物形式及/或具有高鎂化合物含量的包含鎂的材料形式(其可被轉化成為氧化鎂)的氧化鎂來源，該方法提供具有特定減少顆粒尺寸的水菱鎂礦顆粒。較佳者，所得水菱鎂礦顆粒具有平均顆粒尺寸d 50 值為小於20 μm的範圍、較佳在0.1 μm至15 μm的範圍、更佳在0.5 μm至10 μm的範圍以及最佳在1 μm至5 μm的範圍，例如在4.75 μm至5 μm之間的範圍，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。此外，藉由使用本發明的方法，所得顆粒較佳為似板狀形態。如果步驟a)的至少一種為氧化鎂形式及/或具有高氧化鎂含量的包含氧化鎂的礦物形式及/或具有高鎂化合物含量的含鎂的材料形式(其可被轉化成為氧化鎂)的氧化鎂來源係選自氧化鎂、方鎂石、菱鎂礦、碳酸鎂、氫氧化鎂以及其混合物，較佳得到具有以上特徵的顆粒。
在較佳具體實例中，如果至少一種步驟a)的氧化鎂來源係菱鎂礦以及最佳為輕煅燒菱鎂礦形式的菱鎂礦，較佳得到具有以上特徵的顆粒。
如果該水菱鎂礦係得自於為具有低氧化鎂含量的包含氧化鎂的礦物形式及/或具有低鎂化合物含量的包含鎂的材料形式(其可被轉化成為氧化鎂)的氧化鎂來源，所得懸浮液中的水菱鎂礦含量較佳在20重量%與70重量%之間的範圍，以懸浮液中固體含量的總重量為基礎。在當水菱鎂礦係得自於白雲石，所得懸浮液中的水菱鎂礦含量可為例如30重量%與60重量%之間的範圍以及最佳為35重量%與50重量%之間的範圍，以懸浮液中固體含量的總重量為基礎。
此外，如果步驟a)的至少一種氧化鎂來源為白雲石，應注意的是藉由使用本發明方法，水菱鎂礦係得自於與沉澱的碳酸鈣的混合物，其中所得組合物包含具有似板狀形態的水菱鎂礦以及具有凝膠形態的沉澱的碳酸鈣。
在當水菱鎂礦係得自於與沉澱的碳酸鈣混合的情況下，所得懸浮液中沉澱的碳酸鈣含量可為例如在40重量%與70重量%之間的範圍以及最佳為50重量%與65重量%之間的範圍，以懸浮液中固體含量的總重量為基礎。
再者，藉由使用本發明方法，如果該水菱鎂礦係得自於為具有低氧化鎂含量的包含氧化鎂的礦物形式及/或具有低鎂化合物含量的包含鎂材料形式(其可被轉化成為氧化鎂)的氧化鎂來源，可以得到水菱鎂礦顆粒與其他具有減少顆粒尺寸的顆粒的混合物。該方法較佳提供水菱鎂礦顆粒與其他顆粒的混合物，該其他顆粒具平均顆粒尺寸d 50 值為多至15 μm的範圍、較佳為0.1 μm至10 μm的範圍、更佳為0.5 μm至5 μm的範圍以及最佳在1 μm至4 μm的範圍，例如為3.25 μm與3.5 μm之間的範圍，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。如果步驟a)的至少一種氧化鎂來源係選自白雲石、碳鈣鎂礦以及其混合物，較佳得到具有該等特徵的顆粒。
在較佳具體實例中，如果步驟a)的至少一種氧化鎂來源係白雲石以及最佳為燒結白雲石及/或半燒結白雲石形式的白雲石，較佳得到具有以上特徵的顆粒。
在較佳具體實例中，本發明所得到的水菱鎂礦較佳係為懸浮液形式，其中固體含量可被調整至適合用於紙、塗料、橡膠及塑膠工業的任何固體含量。在此方面，應注意的是所得水菱鎂礦可被直接使用而未進行進一步處理步驟。
在一個較佳具體實例中，為懸浮液形式的水菱鎂礦具有固體含量多至30重量%、較佳在1重量%與20重量%之間、更佳在5重量%與15重量%之間以及最佳在7重量%與11重量%之間，以懸浮液總重量為基礎。
在另一個較佳具體實例中，該懸浮液較佳具有pH值在6至11的範圍、較佳的pH值為7至10.5以及更佳的pH值為8.5至10.5。黏度較佳小於2.500 mPa‧s、更佳小於2.000 mPa‧s以及最佳小於1.750 mPa‧s，如以100 rpm轉速且配備LV-3轉針的Brookfield DV-II黏度計測量。
在較佳具體實例中，所得水菱鎂礦懸浮液的含水相可被去離子水取代。在視需要具體實例中，所得水菱鎂礦懸浮液可被濃縮，視需要多達得到乾燥水菱鎂礦產物的點。如果所述含水懸浮液被乾，所得水菱鎂礦的固體(即乾燥或所含水少到不是流體形式)可為顆粒或粉末形式。如果為乾燥產物，此產物可額外地在乾燥期間及/或之前及/或之後經脂肪酸處理。該脂肪酸係選自硬脂酸、棕櫚酸、二十二酸、二十八酸、癸酸、月桂酸、肉荳蔻酸、異硬脂酸和二十六酸。
藉由本發明方法自氧化鎂來源所得水菱鎂礦為具有顯著似板狀形式結合特定地減少的顆粒尺寸以及因此可以簡易且經濟地應用於紙、塗料、橡膠及塑膠工業。根據本發明所得水菱鎂礦顆粒具有顆粒尺寸分佈，其中所得顆粒具有平均顆粒尺寸d 50 值為小於20 μm的範圍、較佳小於15μm、更佳小於10 μm以及最佳小於5 μm。在較佳具體實例中，本發明方法可提供水菱鎂礦顆粒，其具有平均顆粒尺寸d 50 值小於20 μm、較佳在0.1 μm至15 μm的範圍、更佳小於0.5 μm至10 μm的範圍以及最佳在1 μm至5 μm的範圍，例如在4.75 μm至5 μm的範圍。在另一個較佳具體實例中，本發明方法可提供水菱鎂礦顆粒，其具有平均顆粒尺寸d 50 值在多至15 μm的範圍、較佳在0.1 μm至10 μm的範圍、更佳在0.5 μm至5μm的範圍以及最佳在1 μm至4 μm的範圍，例如在3.25 μm與3.5 μm之間的範圍，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
在一個較佳具體實例中，所得水菱鎂礦提供或顯示大於2.25 g/cm3 的絕對密度、該密度更佳在2.26 g/cm3 與2.40g/cm3 之間、該密度又更佳在2.26 g/cm3 與2.35 g/cm3 之間以及該密度最佳在2.26 g/cm3 與2.32 g/cm3 之間。例如，如果水菱鎂礦係得自於輕煅燒菱鎂礦作為至少一種步驟a)所提供的氧化鎂來源，水菱鎂礦的密度可為約2.29g/cm3 。
在另一個較佳具體實例中，所得水菱鎂礦提供BET比表面積為10 m2 /g至150 m2 /g、更佳為10 m2 /g至100 m2 /g以及最佳為20 m2 /g至70 m2 /g，如使用氮以及根據ISO 9277的BET方法所測定。
例如，如果水菱鎂礦係得自於輕煅燒菱鎂礦作為步驟a)所提供的至少一種氧化鎂來源，該水菱鎂礦較佳的特徵為BET比表面積為10 m2 /g至70 m2 /g、更佳為20 m2 /g至50m2 /g以及最佳為25 m2 /g至40 m2 /g，例如30 m2 /g至35m2 /g，如使用氮以及根據ISO 9277的BET方法所測定。在當水菱鎂礦係得自於燒結白雲石作為步驟a)所提供的至少一種氧化鎂來源，即所得步驟e)的懸浮液亦包含沉澱的碳酸鈣，該組合物較佳特徵為BET比表面積為40 m2 /g至100 m2 /g、更佳為45 m2 /g至80 m2 /g以及最佳為50 m2 /g至70 m2 /g，例如55 m2 /g至65 m2 /g，如使用氮以及根據ISO 9277的BET方法所測定。
在另一個較佳具體實例中，所得水菱鎂礦具有BET比表面積在20至50 m2 /g範圍內以及顆粒具有平均顆粒尺寸d 50 值小於20μm、較佳在0.1 μm至15 μm範圍內、更佳為0.5 μm至10 μm範圍內以及最佳為1 μm至5 μm範圍內，例如，在4.75 μm至5 μm範圍內，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
又更佳為BET比表面積為45至80 m2 /g範圍內以及顆粒具有平均顆粒尺寸d 50 值在多至15 μm的範圍、較佳為0.1 μm至10 μm的範圍、更佳為0.5 μm至5 μm的範圍以及最佳為1 μm至4 μm的範圍，例如在3.25 μm與3.5 μm範圍內，係藉由雷射繞射並使用CILAS(Orleans,France)的CILAS 920顆粒尺寸分析器加以測定。
再者，較佳為所得水菱鎂礦具有依照ISO 2469標準測定的白度R457為至少80%、更佳為至少85%、又更佳在85%與99%之間以及最佳在85%與99%之間。在另一個較佳具體實例中，所得水菱鎂礦具有依照ISO 2469標準測定的白度R457為至少89%以及更佳在89%與99%之間。在進一步較佳具體實例中，所得水菱鎂礦具有依照ISO 2469標準測定的白度R457為至少93%。此外或替代地，由本發明方法所得水菱鎂礦具有根據DIN 6167的黃度指數為小於5、更佳為小於4以及最佳為小於3。
如果水菱鎂礦係以懸浮液的形式被提供，該水菱鎂礦係視需要被分散。可使用為此技藝人士所習知的傳統分散劑。分散劑可為陰離子性或陽離子。較佳的分散劑為一種以聚丙烯酸為基礎者。此種分散劑的劑量為佔約0.3重量%至約3重量%，以該水菱鎂礦的總重量為基礎。
如此得到的水菱鎂礦可用於紙、面紙、塑膠或塗料。特別的，該水菱鎂礦可被用作礦物填料及/或用於紙的塗覆以及特別作為用於香煙物件紙包裝的礦物填料。特別的，根據本發明的塗覆組合物及/或礦物填料組合物的特徵在於其包含得自於本發明方法的水菱鎂礦以及在於其提供相較於包含先前技術的水菱鎂礦的組合物改良的光學性質。紙以及特別是用於經製造及/或塗覆香煙物件的包裝紙的特徵在於其包含由本發明方法所得該水菱鎂礦。另一項優點，由本發明方法所得水菱鎂礦可直接被用於紙的製造而不需移除例如雜質如其他鹽或著色化合物。再者，所得水菱鎂礦可作為具有非導電性質以及其他作為電絕緣劑的功能的阻燃劑。此種阻燃劑可併入電氣和電子零部件、建築材料、污水管、排水溝、汽車零件、電視櫃、電腦及類似設備、型材和配件例如用於電纜的配件、電器開關、密封劑、石膏和油漆。包含水菱鎂礦的阻燃劑可能因此較佳用於建築行業，船舶，飛機，火車和汽車。
以下實施例可額外地例示本發明，但不意味著限制本發明至例示的具體實例。以下實施例顯示本發明碳酸鈣優良的光學性質例如不透明性：
測量方法
以下測量方法被用於評量實施例及申請專利範圍中所賦予的參數。
布爾克菲爾德黏度 (Brookfield-viscosity)
漿料的布爾克菲爾德黏度係在100 rpm轉速及室溫下(20±3℃)以配備LV-3轉針的布爾克菲爾德RVT型黏度計測量。
材料的BET比表面積
BET比表面積係經由根據ISO 4652BET方法使用氮、接著在250℃加熱樣品達30分鐘期間的條件下測量。在此測量之前，樣品經過濾、潤洗以及在110℃的烘箱中乾燥至少12小時。
微粒材料的顆粒尺寸分佈(尺寸顆粒<X的質量%)以及平均顆粒尺寸(d 50 )
微粒材料的平均顆粒尺寸以及平均顆粒尺寸質量分佈係經由雷射繞射測量，即來自雷射的光線通過懸浮液以及從來自所得繞射圖案計算顆粒尺寸分佈。此測量係使用CILAS 920顆粒尺寸分析儀(CILAS、Orleans、France)。
此方法係為此技藝人士所習知且常被用於測量微粒材料的平均顆粒尺寸分佈。此測量係藉由稀釋相應懸浮液(去離子水：焦磷酸鈉的0.1重量度溶液)加以進行。此樣品係使用高速攪拌機及超音波加以分散。
水懸浮液的pH
水懸浮液的pH係在約22℃下用標準pH-計加以測量。
固體顆粒的密度
產物密度係使用Micromeritics出售的標準密度分析儀Micromeritics AccuPyc加以測量。
水懸浮液的固體含量
懸浮液固體含量(也被稱為"乾重")係使用水份分析儀HR73(Mettler-Toledo出售)、在以下設定下加以測量：溫度120℃、自動開關3、標準乾燥、5-20 g懸浮液。
比較實施例：
以下比較實施例係藉由先前技術的方法加以例示。該方法係藉由消和輕煅燒菱鎂礦以及使所得氫氧化鎂與氣態CO2 接觸而將所得氫氧化鎂轉化成水菱鎂礦而進行，其中碳酸化係在起始溫度約為60℃進行。
90 kg輕煅燒菱鎂礦(Van Mannekus M95)藉由將該菱鎂礦添加入在攪拌反應器中的1700升40℃自來水而消和。菱鎂礦在連續攪拌下被消和15分鐘以及經由水的稀釋將所得懸浮液調整至約5%固體含量。碳酸化係在配備排氣攪拌器、不锈鋼碳酸化管的1800升檔板圓柱不锈鋼反應器中進行以將二氧化碳/空氣氣流導入葉輪及探針供監控懸浮液的pH以及導電性。消和步驟中所得懸浮液被調整至60℃的溫度以及被加入碳酸化反應器中。然後將CO2 體積佔空氣26%的氣體在240 rpm漿料攪拌之下以200 m3 /h的速率向入氣泡通過懸浮液。在碳酸化期間，不控制反應混合物的溫度。經過85分鐘之後(從導入該氣體開始算起)，停止導入氣體。回收產物作為含水懸浮液。特徵及物理性質載於表1的A欄。
實施例1：
本發明以下的例示性實施例涉及水菱鎂礦的製備，其係藉由使輕煅燒菱鎂礦消和以及使所得氫氧化鎂與氣態CO2 接觸以將所得氫氧化鎂轉化成水菱鎂礦，其中碳酸化係在約20℃至25℃的起始溫度下以及後續的熱-老化步驟下進行。
使90 kg輕煅燒菱鎂礦(Van Mannekus M95)進行消和，其係藉由將該菱鎂礦加入在攪拌反應器中的1700升的40℃自來水。在連續攪拌下使菱鎂礦進行消和15分鐘以及藉由使用水稀釋以將所得懸浮液調整至約5%固體含量。碳酸化係在配備排氣攪拌器、不锈鋼碳酸化管的1800升檔板圓柱不锈鋼反應器中進行以將二氧化碳/空氣氣流導入葉輪及探針供監控懸浮液的pH以及導電性。消和步驟中所得懸浮液被調整至25℃的溫度以及被加入碳酸化反應器中。然後將CO2 體積佔空氣26%的氣體在240 rpm漿料攪拌之下以200 m3 /h的速率向入氣泡通過懸浮液。在碳酸化期間，反應混合物的溫度被控制以及維持在20-25℃之間。經過85分鐘之後(從導入該氣體閞始算起)，停止導入氣體。碳酸化之後，立即所得懸浮液於垂直珠磨機中以320升/小時的流速進行濕式研磨，導致約100千瓦小時/乾噸的特定研磨能量消耗。對所得懸浮液加入1.8 kg甲脒亞磺酸(得自Degussa-Hls)。然後將漿料轉入加壓力容器以及被加熱至約130℃達30分鐘。回收產物作為含水懸浮液。特徵及物理性質載於表1的B欄。
實施例2：
本發明以下的例示性實施例涉及水菱鎂礦的製備，其係藉由使白色白雲石石頭煅燒及消和以及使所得氫氧化鎂與氣態CO2 接觸以將所得氫氧化鎂轉化成為水菱鎂礦，其中碳酸化係在起始溫度約為12℃以及後續老化步驟進行。
將白色白雲石石頭(Hammerfall A/S)壓碎而產生粒度10至50 mm以及在1050℃的旋轉窯中煅燒60分鐘。所得燒結白雲石(CaO‧MgO)於球磨機中被研磨而得到平均顆粒尺寸約40 μm的粉末(CILAS雷射繞射方法)。
200 kg該燒結白雲石被加入在攪拌的反應器中的1000升50℃的自來水以進行消和。燒結白雲石在連續攪拌下被消和30分鐘以及經由水的稀釋將所得懸浮液調整至約8%固體含量。碳酸化係在配備排氣攪拌器、不锈鋼碳酸化管的1800升檔板圓柱不锈鋼反應器中進行以將二氧化碳/空氣氣流導入葉輪及探針供監控懸浮液的pH以及導電性。消和步驟中所得1800升的懸浮液被調整至12℃的溫度以及被加入碳酸化反應器中。然後將CO2 體積佔空氣26%的氣體在240 rpm漿料攪拌之下以200 m3 /h的速率向入氣泡通過懸浮液。在碳酸化期間，不控制反應混合物的溫度而任其因為放熱反應產生的熱而升溫。經過85分鐘之後(從導入該氣體閞始算起)，停止導入氣體。然後將懸浮液轉入加壓力容器以及被加熱至約130℃達30分鐘。回收產物作為含水漿料。特徵及物理性質載於表1的C欄。
如可由表1顯示數據所收集者，本發明方法特別地導致具有顯著較低的顆粒尺寸(平均顆粒尺寸d 50 )的產物。
圖1顯示例示用於製備本發明水菱鎂礦之方法的簡化流程圖。

Claims (17)

  1. 一種製備在水性環境中的水菱鎂礦的方法，該方法包含以下步驟：a)提供至少一種氧化鎂來源，其中至少一種氧化鎂來源係選自由白雲石、碳鈣鎂礦(huntite)及其混合物組成之群組；b)提供氣態CO2 ；含碳酸鹽的陰離子；或氣態CO2 與含碳酸鹽的陰離子；c)使步驟a)的該氧化鎂來源消和(slaking)而將至少部分氧化鎂轉化為氫氧化鎂；d)使步驟c)所得到的氫氧化鎂與步驟b)的該氣態CO2 、含碳酸鹽的陰離子，或氣態CO2 與含碳酸鹽的陰離子接觸而將至少部分的氫氧化鎂轉化成為沉澱的三水碳鎂石(nesquehonite)，其中所得沉澱的三水碳鎂石係為水性懸浮液之形式且進一步包含沉澱的碳酸鈣；以及e)在熱-老化步驟中處理步驟d)所得到沉澱的三水碳鎂石與沉澱的碳酸鈣，其中藉由該方法所得水菱鎂礦具有平均顆粒大小d 50 小於10μm。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中氣態CO2 來自外部CO2 供應或來自CO2 再循環或二者。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中含碳酸鹽的陰離子係選自由碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀或其混合物組成之群組。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中步驟d)的起 始溫度被調整至5℃及35℃之間的溫度。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中步驟e)的熱-老化步驟係在至少90℃的溫度進行。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中熱-老化步驟係進行達20分鐘至60分鐘的時間。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該方法所得到的水菱鎂礦具有的BET比表面積為10m2 /g至150m2 /g。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該方法所得到的水菱鎂礦具有白度R457至少為80%。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該方法所得到的水菱鎂礦包含的顆粒具有平均顆粒大小d 50 小於5μm。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該方法所得到的水菱鎂礦進一步經脂肪酸處理。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中脂肪酸係選自由一或多種選自硬脂酸、棕櫚酸、二十二酸、二十八酸、癸酸、月桂酸、肉荳蔻酸、異硬脂酸和二十六酸的脂肪酸組成之群組。
  12. 一種水菱鎂礦組合物，其可得自於申請專利範圍第1至11項中任一項之方法。
  13. 如申請專利範圍第12項之水菱鎂礦組合物，其中水菱鎂礦具有的密度為2.26g/cm3 及2.40g/cm3 之間。
  14. 如申請專利範圍第12之水菱鎂礦組合物，其係用於紙的塗覆或作為紙的礦物填料。
  15. 如申請專利範圍第14項之水菱鎂礦組合物，其中礦 物填料係用於供香煙物件使用的包裝紙。
  16. 如申請專利範圍第12項之水菱鎂礦組合物，其係作為阻燃劑。
  17. 如申請專利範圍第16項之水菱鎂礦組合物，其中阻燃劑係用於電氣和電子零部件、建築材料、污水管、排水溝、汽車零件、電視櫃、電腦及類似設備、型材和配件例如用於電纜及電器開關的配件、密封劑、石膏和油漆或其混合物。
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