專利名稱：中國(guó)高嶺土的處理方法和產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及使用中國(guó)高嶺土，又稱為山西高嶺土的處理方法和產(chǎn)品。特別地，本發(fā)明涉及在熱處理或煅燒之前對(duì)高嶺土進(jìn)行兩次粉碎。
背景技術(shù)：
高嶺土是一種精細(xì)的經(jīng)過(guò)風(fēng)化鋁礦(如長(zhǎng)石)而形成的通常為白色的粘土，且主要由高嶺石組成。高嶺石通常由一個(gè)或多個(gè)化學(xué)式Al4Si4O10(OH)8、Al2O3·2SiO2·2H2O和/或Al2Si2O5(OH)4表示。高嶺土是當(dāng)今開(kāi)采的眾多工業(yè)礦物中的一種。儲(chǔ)量分布在佐治亞州(美國(guó))、埃及、巴西、英國(guó)、昆士蘭州(澳大利亞)、韓國(guó)和烏克蘭。
在中國(guó)眾多工業(yè)礦物的開(kāi)采正在迅速增長(zhǎng)。高嶺土是這些工業(yè)礦物之一。高嶺土的蘊(yùn)藏量存在于中國(guó)的山西省。然而，山西高嶺土可能與世界上其它地方的高嶺土不一樣。
通常，由于高嶺土的很多性質(zhì)的不同，來(lái)自不同國(guó)家，甚至是來(lái)自相同國(guó)家的不同礦脈的高嶺土在很多方面都不同。這些性質(zhì)包括結(jié)晶度，顆粒度，顆粒形狀，大小和/或形狀分布。這些性質(zhì)的變化導(dǎo)致最終高嶺土產(chǎn)品的性能不同。例如，結(jié)晶度會(huì)影響最終產(chǎn)品所獲得的亮度、白度、不透明度、光澤和粘度。顆粒度、形狀和分布影響最終產(chǎn)品的光滑度、光學(xué)性質(zhì)和流動(dòng)性。
基于高嶺土的產(chǎn)品的最大需求來(lái)自造紙業(yè)，用它們來(lái)涂覆和填充紙張和紙板。然而，基于高嶺土的產(chǎn)品還包括涂料、農(nóng)業(yè)組合物、玻璃纖維產(chǎn)品、聚合物和橡膠組合物、陶瓷應(yīng)用、催化劑載體、藥物、化妝品和個(gè)人護(hù)膚應(yīng)用如面膜和身體膜、電子元件、粘合劑、助濾劑等等。高嶺土的改進(jìn)處理方法和改進(jìn)的高嶺土產(chǎn)品可能能夠提供改進(jìn)的含有或使用高嶺土的產(chǎn)品。
發(fā)明概述為了提供本發(fā)明一些方面的基本概念，下面給出一個(gè)本發(fā)明的簡(jiǎn)單概述。這個(gè)概述并不是本發(fā)明的詳盡的總述。它不用來(lái)確定本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性要素，也不描述本發(fā)明的范圍。這個(gè)概述的唯一目的而是以簡(jiǎn)單形式介紹本發(fā)明的一些概念，作為之后將要給出的更詳細(xì)描述的前序。
本發(fā)明提供使用中國(guó)高嶺土，又稱為陜西高嶺土的處理方法和產(chǎn)品，包括在熱處理之前對(duì)高嶺土進(jìn)行兩次粉碎。至少兩次不同的粉碎操作提高熱處理后高嶺土、包括產(chǎn)生的煅燒的高嶺土的質(zhì)量。
本發(fā)明的一方面涉及處理中國(guó)高嶺土的方法，包括提供具有所需顆粒度分布的中國(guó)高嶺土，分層中國(guó)高嶺土，干燥分層后的中國(guó)高嶺土，粉碎分層且干燥后的中國(guó)高嶺土至少兩次，和加熱至少兩次粉碎過(guò)的中國(guó)高嶺土。
本發(fā)明的另一方面涉及中國(guó)高嶺土的自動(dòng)化處理系統(tǒng)，包括粉碎中國(guó)高嶺土的粉碎機(jī)，用于測(cè)試和產(chǎn)生中國(guó)高嶺土的至少一個(gè)參數(shù)或粉碎機(jī)的至少一個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)的測(cè)試器，與粉碎機(jī)和測(cè)試器偶合的、用來(lái)根據(jù)從測(cè)試器接收的數(shù)據(jù)來(lái)控制粉碎機(jī)操作的控制器。
為了達(dá)到前述的相關(guān)目的，本發(fā)明包括之后會(huì)詳細(xì)描述并在權(quán)利要求書(shū)中特別指出的特征。下面的描述和附帶的附圖詳細(xì)闡明了本發(fā)明的某些方面和本發(fā)明的實(shí)施。然而，這些只是可應(yīng)用本發(fā)明原理的眾多方法中的一小部分。本發(fā)明其它的目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎的特征將在下面的結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中變得清楚。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明處理中國(guó)高嶺土的系統(tǒng)和方法的一個(gè)方面的流程圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明處理中國(guó)高嶺土的系統(tǒng)和方法的另一個(gè)方面的流程圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明自動(dòng)化處理中國(guó)高嶺土的系統(tǒng)的另一個(gè)方面的示意圖。
圖4是描述預(yù)加熱粉碎操作的次數(shù)對(duì)黑玻璃散射的圖的說(shuō)明。
發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明處理的高嶺土包含至少一些中國(guó)高嶺土。換句話說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明處理中國(guó)高嶺土，或者根據(jù)本發(fā)明處理中國(guó)高嶺土和另外的粘土物質(zhì)如佐治亞州高嶺土(美國(guó))的混合物。中國(guó)高嶺土定義為2003年所確定的中國(guó)邊界內(nèi)獲得的高嶺石。中國(guó)高嶺土有時(shí)稱為陜西高嶺土。對(duì)比佐治亞中部(美國(guó))的高嶺土?xí)r，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)中國(guó)高嶺土具有一個(gè)或多個(gè)特別性質(zhì)氧化鈦含量低、氧化鐵含量低、加熱時(shí)釋放氧化鋁的傾向較高、酸溶解度高和碳含量高。
對(duì)從土地開(kāi)采的中國(guó)高嶺土進(jìn)行初步的處理和/或選礦，以便原料的運(yùn)輸和/或儲(chǔ)存。對(duì)天然高嶺土進(jìn)行一次或多次初步處理操作時(shí)，最先壓碎陜西天然高嶺土。壓碎使高嶺石塊成為礫石；即，直徑小于大約10cm的高嶺石塊。壓碎機(jī)由下面的廠商制造Stedman、Svedala、Symons、Nordberg、Telsmith、Traylor、KVS、Allis-Chalmers、Jeffrey、Pennsylvania、American、SBM和DFC。所使用的特殊初步處理(如果使用的話)不是本發(fā)明的關(guān)鍵。
研磨包括對(duì)天然高嶺土的處理以達(dá)到所需的尺寸?？梢酝ㄟ^(guò)干燥研磨、干燥球磨和干燥研磨等進(jìn)行研磨。可以在高嶺土中加入研磨劑以幫助研磨。當(dāng)?shù)玫剿璧姆勰┏叽鐣r(shí)，隨后分層來(lái)得到所需的顆粒度。
在一個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)行研磨以提供高嶺土，這種高嶺土至少大約90重量％具有大約75微米或更小的等價(jià)球體直徑和大約0.01重量％至大約90重量％具有大約2微米或更小的等價(jià)球體直徑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)行研磨以提供高嶺土，這種高嶺土至少大約90重量％具有大約60微米或更小的等價(jià)球體直徑和大約0.1重量％至大約50重量％具有大約2微米或更小的等價(jià)球體直徑。在另外一個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)行研磨以提供高嶺土，這種高嶺土至少大約90重量％具有大約45微米或更小的等價(jià)球體直徑和大約1重量％至大約10重量％具有大約2微米或更小的等價(jià)球體直徑。
有許多方法和設(shè)備用于測(cè)量這個(gè)范圍內(nèi)的顆粒度。在本發(fā)明中，顆粒度是通過(guò)傳統(tǒng)沉降技術(shù)使用Micromeretics，Inc.的SEDIGRAPH5100顆粒度分析儀來(lái)測(cè)定的。使用分散劑使顆粒在水中成為料漿并通過(guò)攪拌泵入測(cè)試器以分散疏松的聚集體。
干燥研磨或研磨一般包括使用每噸干燥高嶺土大約5馬力小時(shí)至每噸高嶺土大約50馬力小時(shí)的能量輸入。可以使用儀器，如Raymond研磨機(jī)、水平研磨機(jī)、介質(zhì)研磨機(jī)如Patterson連續(xù)球磨機(jī)(其中研磨介質(zhì)包括直徑小于5英寸的瓷制或不銹鋼球)進(jìn)行研磨。研磨機(jī)由下面的廠商制造Raymond、Northwest、Denver、Allis-Chalmers、Marcy、Hardinge、KVS、Marion和Traylor?？梢允褂萌魏晤愋偷哪苓_(dá)到所需顆粒度分布的干燥研磨機(jī)。
中國(guó)高嶺土經(jīng)過(guò)處理，具有所需的粉末尺寸之后，進(jìn)行分層。在多數(shù)情況下，高嶺土包含自然分開(kāi)的薄片狀高嶺土顆粒和由高嶺土片晶堆積物組成的“冊(cè)”。這些堆積聚集了大約2微米或更大尺寸的顆粒。這些冊(cè)的分層包括提供剛好足夠把組成冊(cè)的高嶺土片分開(kāi)而又不使高嶺土片破碎的沖擊能量。換句話說(shuō)，分層把具有第一結(jié)構(gòu)的高嶺土改變或變換成具有不同于第一結(jié)構(gòu)的第二結(jié)構(gòu)的高嶺土。獲得的分層后的顆粒是高度結(jié)晶的。在分層中，比大約2微米顆粒更細(xì)小的顆粒含量的增加一般很小。
分層可以包括濕研磨、料漿研磨和濕研磨等。這種分層過(guò)程包括使用研磨介質(zhì)和水。高嶺土與水結(jié)合形成料漿，并通過(guò)例如泵送等輸送至包含介質(zhì)的分層裝置中。一般地，高嶺土以含大約5重量％至大約45重量％的固體分層。
可選地，也可以向料漿中加入粘土分散劑和/或塑化劑來(lái)提供額外的流動(dòng)性以便處理和操作。粘土分散劑的例子包括基于氨的分散劑、基于磷酸鹽的分散劑、基于磺酸鹽的分散劑、基于羧酸的分散劑和聚合分散劑，例如聚丙烯酸鹽分散劑，以及其它在高嶺土顏料處理中使用的有機(jī)分散劑。料漿中的分散劑用量一般是高嶺土重量的大約0.01％至大約1％。
研磨介質(zhì)是相對(duì)稠密的、硬顆粒材料，它基本不會(huì)使粘土退色，或者在研磨后的粘土中填充或留下討厭的殘?jiān)?。例如，研磨介質(zhì)的密度至少是大約1.5。研磨介質(zhì)的例子包括玻璃珠、氧化鋁、氧化鋯、小陶瓷球或珠、粗砂、塑料圓柱、不銹鋼珠、尼龍珠或粒、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物、聚乙烯或其它硬塑料等等。
料漿中珠相對(duì)粘土的體積足以影響分層。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少含水、高嶺土和研磨介質(zhì)的料漿包含大約10體積％至大約70體積％的研磨介質(zhì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，料漿包含大約25體積％至大約50體積％的研磨介質(zhì)。
一個(gè)用于分層的合適的示例容器包含垂直的擋板。這種容器可以安裝攪拌系統(tǒng)，其包含多個(gè)連到一個(gè)立軸的攪拌器元件。攪拌器的數(shù)量和間隔可變，但須符合特定的處理?xiàng)l件以便給予必要的組合剪切力和必要的敲擊和摩擦能量輸入以克服把單個(gè)片晶保持在多層堆積物或冊(cè)中的范德華力。分層所需的能量輸入因特定的高嶺土原料、處理?xiàng)l件和設(shè)備的不同而不同；一般需要送入分層器每噸高嶺土5至75馬力小時(shí)。
得到的分層高嶺土料漿包含更多的高嶺土細(xì)小顆粒。在一個(gè)實(shí)施方案中，所得到的分層高嶺土料漿包含至少60重量％具有大約2微米或更小的等價(jià)球體直徑的高嶺土。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所得到的分層高嶺土料漿包含至少80重量％具有大約2微米或更小的等價(jià)球體直徑的高嶺土。在又一個(gè)實(shí)施方案中，所得到的分層高嶺土料漿包含至少90重量％具有大約2微米或更小的等價(jià)球體直徑的高嶺土。在再一個(gè)實(shí)施方案中，所得到的分層高嶺土料漿包含至少94重量％具有大約2微米或更小的等價(jià)球體直徑的高嶺土。
篩選可用來(lái)去除研磨介質(zhì)，并可選地也可用來(lái)去除大于40微米的顆粒。也可采用過(guò)濾在噴霧干燥之前有效地去除水份。在此期間可選地洗滌高嶺土。可選地，可采用分級(jí)來(lái)分離粗糙顆粒。在此階段，可用離心機(jī)進(jìn)行水份分離。
在分層后，水份從分層的高嶺土中去除以干燥高嶺土。用任何適合的技術(shù)干燥高嶺土。干燥高嶺土的例子包括噴霧干燥、急驟干燥、旋轉(zhuǎn)干燥、或其它附聚技術(shù)。這些干燥技術(shù)在粘土工業(yè)中是公知的。
進(jìn)行高嶺土干燥以部分降低高嶺土的濕度以便隨后的熱處理。在一個(gè)實(shí)施方案中，干燥后高嶺土具有低于大約5重量％的水分含量。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高嶺土具有低于大約1.5重量％的水分含量。在又一個(gè)實(shí)施方案中，高嶺土具有低于大約1重量％的水分含量。在再一個(gè)實(shí)施方案中，干燥后高嶺土具有低于大約0.5重量％的水分含量。
在如煅燒的熱處理前，和一般在高嶺土原料具有所需的等價(jià)球體直徑之后，高嶺土在兩次分開(kāi)的操作中粉碎(粉碎兩次)。一次粉碎處理，或一次比通常時(shí)間更長(zhǎng)的粉碎處理是不夠的。對(duì)準(zhǔn)備熱處理的高嶺土進(jìn)行至少兩次不同的粉碎處理。在一個(gè)實(shí)施方案中，高嶺土在至少三次分開(kāi)的操作中粉碎(粉碎三次)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高嶺土在至少五次分開(kāi)的操作中粉碎(粉碎四次)。在又一個(gè)實(shí)施方案中，高嶺土在至少七次分開(kāi)的操作中粉碎(粉碎五次)。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高嶺土在至少九次分開(kāi)的操作中粉碎(粉碎七次)。
第一次粉碎被認(rèn)為可以破碎任何可能存在的聚集體。這些聚集體可能在干燥、用分層改變顆粒度時(shí)形成。中國(guó)高嶺土中含有相對(duì)多的碳。盡管不希望局限于任何理論，第二次粉碎操作被認(rèn)為是用來(lái)暴露出高嶺土中的碳以便它能夠在后來(lái)的加熱中消耗掉。因此，至少兩次的粉碎操作用來(lái)提供一種或更多的確定顆粒度、確定的高嶺土顆粒的形狀、暴露了所含碳的高嶺土顆粒、和在熱應(yīng)用下進(jìn)行所需熱構(gòu)造的高嶺土。
兩次或更多次的粉碎操作提供的高嶺土中至少大約80重量％具有大約2微米或更小的平均顆粒直徑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，兩次或更多次的粉碎操作提供的高嶺土中至少大約90重量％具有大約2微米或更小的平均顆粒直徑。在又一個(gè)實(shí)施方案中，兩次或更多次的粉碎操作提供的高嶺土中至少大約93重量％具有大約2微米或更小的平均顆粒直徑。在再一個(gè)實(shí)施方案中，兩次或更多次的粉碎操作提供的高嶺土中至少大約95重量％具有大約2微米或更小的平均顆粒直徑。此外，兩次或更多次的粉碎操作提供的高嶺土中至少大約60重量％具有大約1微米或更小的平均顆粒直徑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，兩次或更多次的粉碎操作提供的高嶺土中至少大約70重量％具有大約1微米或更小的平均顆粒直徑。在再一個(gè)實(shí)施方案中，兩次或更多次的粉碎操作提供的高嶺土中至少大約80重量％具有大約1微米或更小的平均顆粒直徑。
兩次或更多次的粉碎操作提供具有減小的堆積密度的高嶺土。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少粉碎兩次的高嶺土的堆積密度比在兩次或更多次粉碎操作之前的堆積密度小至少大約25％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，至少粉碎兩次的高嶺土的堆積密度比在兩次或更多次粉碎操作之前的堆積密度小至少大約40％。在再一個(gè)實(shí)施方案中，至少粉碎兩次的高嶺土的堆積密度比在兩次或更多次粉碎操作之前的堆積密度小至少大約50％。
用于粉碎而使用的粉碎機(jī)的一般類型包括球式、錘式、球跑式、IMP、雙錐、篩型輥式研磨機(jī)和輥式研磨機(jī)。粉碎可以在高能沖擊研磨機(jī)中進(jìn)行，如Hurricane研磨機(jī)；從美國(guó)伊利諾伊州芝加哥的C.E.Bauer Co.獲得的Bauer錘磨機(jī)；從Pulverization Machinery Company獲得的Mikro研磨機(jī)；從HosokawaMicron Powder Systems獲得的Mikro Samplmill；或同樣從Hosokawa MicronPowder Systems獲得的Mikro-Pulverizer錘磨機(jī)。其它的粉碎機(jī)由下面的廠商制造Alpine、Williams、Raymond、Bradley、Riley和B&W。
粉碎之后，實(shí)行可選地另外的研磨和分級(jí)是通過(guò)讓粉碎過(guò)兩次的高嶺土經(jīng)過(guò)空氣分級(jí)研磨機(jī)，它包含一個(gè)用于打磨粉碎兩次的高嶺土的沖擊轉(zhuǎn)子和一個(gè)用于分級(jí)打磨過(guò)的材料和再循環(huán)超過(guò)可以依賴于根據(jù)本發(fā)明制備的高嶺土產(chǎn)品的應(yīng)用而變化的所需尺寸的顆粒的一體化葉片轉(zhuǎn)子分級(jí)器。例如，大于大約40微米的粉碎兩次的高嶺土顆?？梢詮奶幚磉^(guò)的高嶺土中去除。沖擊轉(zhuǎn)子可以裝有粉碎兩次的高嶺土沖撞在其上的棒。從空氣分級(jí)研磨機(jī)中排斥出來(lái)的過(guò)大的粉碎兩次的高嶺土可以在旋風(fēng)分離器中分離，并返回至空氣分級(jí)研磨機(jī)中進(jìn)一步研磨或進(jìn)行另外的研磨和/或粉碎。
一個(gè)示例性的空氣分級(jí)研磨機(jī)是Mikro ACM粉碎機(jī)。在這種研磨機(jī)中，粉碎兩次的高嶺土通過(guò)螺旋輸送機(jī)推進(jìn)，并首先沖撞在針轉(zhuǎn)子的針上。顆粒由進(jìn)入針轉(zhuǎn)子下方的空氣流夾帶，并進(jìn)入內(nèi)壁和具有擋板的護(hù)環(huán)之間，擋板減少空氣渦漩。顆粒再通過(guò)空氣分散環(huán)向內(nèi)偏轉(zhuǎn)至葉片轉(zhuǎn)子分級(jí)器中。轉(zhuǎn)子另外通過(guò)可獨(dú)立于針轉(zhuǎn)子速度調(diào)節(jié)的速度控制來(lái)驅(qū)動(dòng)。合格的顆粒向上經(jīng)過(guò)排氣裝置帶至收集器。過(guò)大的顆粒通過(guò)內(nèi)部循環(huán)空氣流向下移走并返回至針轉(zhuǎn)子以進(jìn)一步減小。其它的分級(jí)器可以由下面的廠商制造Alpine、Alfa Laval/Sharples、Wemco、Krebs、EIMCO、Dorr-Oliver、Devner和Pan-O-Matic。
高嶺土粉碎至少兩次之后，進(jìn)行熱處理。加熱高嶺土?xí)r，高嶺土經(jīng)過(guò)一系列特有的變化，其可通過(guò)包括差熱分析(DTA)的各種方法檢測(cè)。依賴于溫度/熱處理的持續(xù)時(shí)間，可以使用熱處理形成偏高嶺土，部分煅燒的高嶺土和煅燒高嶺土的一種或多種。熱處理在惰性氣氛、氧化氣氛和還原氣氛中的一種氣氛中進(jìn)行。
例如，從大約450至大約650℃加熱足夠時(shí)間后，高嶺土經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈地吸熱脫水反應(yīng)，開(kāi)始轉(zhuǎn)化至認(rèn)為是偏高嶺土的材料。偏高嶺土態(tài)通過(guò)酸溶解度測(cè)試而方便地確定，因?yàn)檎惩林械难趸X實(shí)際上在強(qiáng)無(wú)機(jī)酸中完全溶解。
煅燒破壞含水高嶺土的結(jié)晶度，并導(dǎo)致高嶺土充分地?zé)o定形。煅燒發(fā)生在大約700至大約1200℃溫度范圍內(nèi)加熱足夠時(shí)間之后?？梢允褂每缮藤?gòu)的垂直的和水平的回轉(zhuǎn)煅燒爐來(lái)生產(chǎn)偏高嶺土，部分煅燒的高嶺土和/或煅燒高嶺土。控制操作以避免在足夠的高溫下煅燒形成不需要的高鋁紅柱石(3Al2O3XSiO2)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，將粉碎至少兩次的高嶺土在大約450至大約1200℃溫度下加熱大約1分鐘至大約10小時(shí)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，將粉碎至少兩次的高嶺土在大約500至大約1100℃溫度下加熱大約10分鐘至大約5小時(shí)。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，將粉碎至少兩次的高嶺土在大約475至大約700℃溫度下加熱至大約5分鐘至大約6小時(shí)。在另一個(gè)特殊的實(shí)施方案中，將粉碎至少兩次的高嶺土在大約750至大約1050℃溫度下加熱至大約15分鐘至大約4小時(shí)。
熱處理之后，再次通過(guò)讓熱處理的高嶺土經(jīng)過(guò)空氣分級(jí)研磨機(jī)可選地實(shí)施另外的研磨和分級(jí)，空氣分級(jí)研磨機(jī)包含用于打磨熱處理的高嶺土的沖擊轉(zhuǎn)子和用于分級(jí)打磨的材料和再循環(huán)超過(guò)可以依賴于根據(jù)本發(fā)明制備的高嶺土產(chǎn)品的應(yīng)用而變化的所需尺寸的顆粒的一體化葉片轉(zhuǎn)子分級(jí)器。例如，大于大約20微米的熱處理的高嶺土顆?？梢詮奶幚磉^(guò)的高嶺土中去除。沖擊轉(zhuǎn)子可以裝有熱處理的高嶺土沖撞在其上的棒。從空氣分級(jí)研磨機(jī)中排出的過(guò)大的熱處理的高嶺土可以在旋風(fēng)分離器中分離，并返回至空氣分級(jí)研磨機(jī)中進(jìn)一步研磨或進(jìn)行另外的研磨和/或粉碎。
例如，熱處理之后，可以進(jìn)行另外的粉碎/分級(jí)操作以去除尺寸大于大約45微米的顆粒。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以進(jìn)行另外的粉碎/分級(jí)操作以去除尺寸大于大約30微米的顆粒。在再一個(gè)實(shí)施方案中，可以進(jìn)行另外的粉碎/分級(jí)操作以去除尺寸大于大約20微米的顆粒。
一般來(lái)說(shuō)，在多次粉碎和熱處理之前或之后可以進(jìn)行一次或多次傳統(tǒng)的粘土處理步驟如選擇性的絮凝、絮凝/過(guò)濾等。
根據(jù)本發(fā)明處理的中國(guó)高嶺土比傳統(tǒng)處理的中國(guó)高嶺土(在熱處理前不粉碎，或在加熱前僅粉碎一次)的不透明度高。根據(jù)本發(fā)明處理的中國(guó)高嶺土還在任何給定的煅燒/加熱溫度下比傳統(tǒng)處理的中國(guó)高嶺土在可比的煅燒溫度下亮度高。在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明處理和煅燒的中國(guó)高嶺土產(chǎn)生亮度為至少大約86的材料。在另一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明處理和煅燒的中國(guó)高嶺土產(chǎn)生亮度為至少大約90的材料。在又一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明處理和煅燒的中國(guó)高嶺土產(chǎn)生亮度為至少大約95的材料。在再一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明處理和煅燒的中國(guó)高嶺土產(chǎn)生亮度為至少大約96的材料。在另一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明處理和煅燒的中國(guó)高嶺土產(chǎn)生亮度為至少大約82的材料。
根據(jù)本發(fā)明處理的中國(guó)高嶺土與傳統(tǒng)處理的中國(guó)高嶺土相比可以具有相對(duì)高的表面積。相對(duì)高的表面積通過(guò)增強(qiáng)它們的光分散效應(yīng)使得到的中國(guó)高嶺土的不透明度高。在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明處理的中國(guó)高嶺土的油吸收為大約60或更多。在另一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明處理的中國(guó)高嶺土的油吸收為大約80或更多。在又一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明處理的中國(guó)高嶺土的油吸收為大約85或更多。在再一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明處理的中國(guó)高嶺土的油吸收為大約90或更多。使用基于測(cè)量每100克高嶺土吸收油的克數(shù)的ASTM D-1483-84的Gardner Coleman油吸收測(cè)試測(cè)定表面積。
參照?qǐng)D1，顯示了中國(guó)高嶺土處理工藝10的各個(gè)方面的概略圖。在操作12中，壓碎粗中國(guó)高嶺土，從而有利于從采礦地運(yùn)輸和儲(chǔ)存。在操作14中，處理高嶺土以得到所需顆粒度。這種處理可以包括一次或多次研磨、壓碎、分層、干燥、標(biāo)準(zhǔn)粘土選礦操作等。得到所需顆粒度有利于隨后的處理。
在獲得具有一定所需顆粒度的高嶺土之后，操作16包括至少兩次粉碎操作中的第一次。操作18是至少兩次粉碎操作中的第二次?？蛇x地，在加熱中國(guó)高嶺土之前可以進(jìn)行另外的粉碎操作。多次粉碎操作不僅提供具有所需性質(zhì)的中國(guó)高嶺土，還在富碳中國(guó)高嶺土顆粒的表面暴露碳。
操作20包括加熱至少兩次粉碎的高嶺土，以使高嶺土轉(zhuǎn)化成偏高嶺土，部分煅燒的高嶺土和煅燒高嶺土的一種或多種。操作22計(jì)劃一次或多次包括粉碎、研磨、篩選和包裝等的過(guò)程。
參照?qǐng)D2，顯示了中國(guó)高嶺土處理工藝30的各個(gè)方面的更詳細(xì)的圖。在操作32中，壓碎天然中國(guó)高嶺土，從而有利于從采礦地運(yùn)輸和儲(chǔ)存。在操作34中，進(jìn)行研磨如干燥研磨，以便高嶺土具有所需顆粒度或去除超過(guò)一定尺寸的顆粒。操作36包括通過(guò)例如料漿研磨將高嶺土分層，以將“冊(cè)”分解成“頁(yè)”。操作38包括篩選去除濕研磨介質(zhì)和去除超過(guò)一定尺寸的顆粒中的至少一種。在操作40中，例如通過(guò)噴霧或旋轉(zhuǎn)干燥，從高嶺土中去除水。
干燥高嶺土之后，操作42包括至少兩次粉碎操作中的第一次。如果在操作40中通過(guò)噴霧干燥從高嶺土中去除水，則可能形成聚集體。操作42有利于打碎這些聚集體。操作44是至少兩次粉碎操作中的第二次?？蛇x地，在加熱中國(guó)高嶺土之前，可以進(jìn)行另外的粉碎操作。多次粉碎操作不僅提供具有所需性質(zhì)的中國(guó)高嶺土，還在富碳中國(guó)高嶺土顆粒的表面暴露碳。
操作46包括加熱至少兩次粉碎的高嶺土，以使高嶺土轉(zhuǎn)化成偏高嶺土，部分煅燒的高嶺土和煅燒高嶺土的一種或多種。操作48包括粉碎偏高嶺土，部分煅燒的高嶺土和煅燒高嶺土的一種或多種，以達(dá)到所需的顆粒度分布。操作50包括將具有所需性質(zhì)的偏高嶺土，部分煅燒的高嶺土和煅燒高嶺土的一種或多種包裝。
參照?qǐng)D3，顯示了處理中國(guó)高嶺土的系統(tǒng)60。這個(gè)系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)與測(cè)試器70和控制器72偶合的研磨機(jī)62，分層器64，粉碎機(jī)66和的加熱器68。研磨機(jī)62通過(guò)提供具有所需尺寸的高嶺土來(lái)處理高嶺土，分層器64分離含水高嶺土的“冊(cè)結(jié)構(gòu)”，粉碎機(jī)66也提供具有所需性質(zhì)的高嶺土和/或使結(jié)合高嶺土的碳到達(dá)高嶺土顆粒的表面，且加熱器68加熱高嶺土以提供偏高嶺土，部分煅燒的高嶺土和煅燒高嶺土的一種或多種。測(cè)試器70可以是任何裝置，其測(cè)量與高嶺土相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)(如顆粒度分布、亮度、白度、粗糙度、水分含量％、特殊化學(xué)制品含量％等)，或者與研磨機(jī)62、分層器64、粉碎機(jī)66和加熱器68中任一者相關(guān)的任何參數(shù)(如加熱器68的溫度或粉碎機(jī)62的負(fù)荷)。
在研磨機(jī)62、分層器64、粉碎機(jī)66和加熱器68中任一者運(yùn)行的同時(shí)，測(cè)試器70檢測(cè)正在處理的高嶺土。例如，研磨機(jī)62、分層器64或粉碎機(jī)66運(yùn)行時(shí)，可取出高嶺土樣品并檢測(cè)以測(cè)定參數(shù)，如顆粒度分布。測(cè)試器70把測(cè)試得到的數(shù)據(jù)發(fā)給控制器72，它被調(diào)整至適于接收這種來(lái)自測(cè)試器70的高嶺土參數(shù)數(shù)據(jù)?；蛘撸瑴y(cè)試器70可以測(cè)量研磨機(jī)62、分層器64、粉碎機(jī)66和加熱器68的參數(shù)，并將與參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)送至控制器。
控制器72分析該數(shù)據(jù)，并基于分析，將指令送至研磨機(jī)62、分層器64、粉碎機(jī)66和加熱器68中任一者，來(lái)繼續(xù)處理、修改處理或結(jié)束處理。為了有助于這種分析，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或記憶器74可以與控制器72偶合，以便控制器72將測(cè)試器70送出的數(shù)據(jù)與所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)相比較?？刂破?2可以送出指令到測(cè)試器70，進(jìn)行檢測(cè)?？刂破?2修改處理的方法例子包括提高或降低加熱器68的溫度；增加或減少研磨機(jī)62、分層器64和粉碎機(jī)66中任一者所需的負(fù)荷/能量；繼續(xù)運(yùn)行研磨機(jī)62、分層器64和粉碎機(jī)66中任一者以達(dá)到一定所需的顆粒度分布；操縱重復(fù)一個(gè)操作例如要求第三次粉碎的操作；等等。
下面的例子闡明本發(fā)明。除非在下面的例子和說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)的其它地方另外指出，則所有份數(shù)和百分比是以重量計(jì)，所有溫度是攝氏度，且壓力是在大氣壓下或其附近。
對(duì)比例1中國(guó)高嶺石壓碎至2-3cm直徑的塊，將高嶺石干燥研磨至-325目或44微米粉末。再使用陶瓷珠，在磷酸鹽分散劑的幫助下在水中將粉末分層，以產(chǎn)生94重量％小于2微米的顆粒。篩選之后，噴霧干燥高嶺土料漿以降低水分含量至小于1重量％。噴霧干燥的高嶺土然后再。粉碎過(guò)的產(chǎn)品再在可以達(dá)到1100℃的溫度下煅燒。最后粉碎煅燒的產(chǎn)品以研磨在煅燒期間形成的過(guò)大的聚集體。在下面的表1中列出中間物質(zhì)和最終產(chǎn)物的近似的顆粒度，一般物理性質(zhì)列于表2中。
表1
表2
實(shí)施例1中國(guó)高嶺石壓碎至2-3cm直徑的塊，將高嶺石干燥研磨至-325目或44微米粉末。再使用陶瓷珠，在磷酸鹽分散劑的幫助下在水中將粉末分層，以產(chǎn)生94重量％小于2微米的顆粒。篩選之后，噴霧干燥高嶺土料漿以降低水分含量至小于1重量％。噴霧干燥的高嶺土再粉碎兩次(經(jīng)過(guò)兩個(gè)粉碎機(jī))。粉碎兩次的產(chǎn)品再在可以達(dá)到975℃的溫度下煅燒。再次粉碎煅燒的產(chǎn)品以研磨在煅燒期間形成的過(guò)大的聚集體。表3列出部分產(chǎn)品物理性質(zhì)(如顆粒度分布的平均值、亮度和油吸收的值)。
表3
實(shí)施例2中國(guó)高嶺石壓碎至2-3cm直徑的塊，將高嶺石干燥研磨至-325目或44微米粉末。再使用陶瓷珠，在磷酸鹽分散劑的幫助下在水中將粉末分層，以產(chǎn)生94重量％小于2微米的顆粒。篩選之后，噴霧干燥高嶺土料漿以降低水分含量至小于1重量％。噴霧干燥的高嶺土再粉碎兩次(經(jīng)過(guò)兩個(gè)粉碎機(jī)或者經(jīng)過(guò)一個(gè)粉碎機(jī)兩次)。粉碎兩次的產(chǎn)品再在可以達(dá)到920至975℃的溫度下煅燒。產(chǎn)品的亮度為大約96。再次粉碎煅燒的產(chǎn)品以研磨在煅燒期間形成的過(guò)大的聚集體。表4列出部分產(chǎn)品物理性質(zhì)(如顆粒度分布的平均值、亮度和油吸收的值)。
表4
實(shí)施例3在PVC 55(顏料體積濃度，涂料中55重量％的顏料)涂料評(píng)價(jià)中評(píng)價(jià)對(duì)比例1及實(shí)施例1和2的產(chǎn)品。涂料測(cè)試一般用于比較遮蓋力(不透明度)和其它的重要性質(zhì)，如白度、黃度和光澤。表5列出每種涂料中國(guó)高嶺土混合物的性質(zhì)。
表5
實(shí)施例4中國(guó)高嶺石壓碎至2-3cm直徑的大塊，將高嶺石干燥研磨至-325目或44微米粉末。再使用陶瓷珠，在磷酸鹽分散劑的幫助下在水中將粉末分層，以產(chǎn)生94重量％小于2微米的顆粒。篩選之后，噴霧干燥高嶺土料漿以降低水分含量至小于1重量％。噴霧干燥的高嶺土再粉碎兩次(或者經(jīng)過(guò)兩個(gè)粉碎機(jī)或者一個(gè)粉碎機(jī)兩次)。粉碎兩次的產(chǎn)品再在可以達(dá)到815至900℃的溫度下煅燒。產(chǎn)品的亮度為大約92。再次粉碎煅燒的產(chǎn)品以研磨在煅燒期間形成的過(guò)大的聚集體。表6列出部分產(chǎn)品物理性質(zhì)(如顆粒度分布的平均值、亮度和油吸收的值)。
表6
實(shí)施例5在PVC 66(顏料體積濃度，涂料中66重量％的顏料)涂料中評(píng)價(jià)實(shí)施例4的產(chǎn)品。涂料測(cè)試一般用于比較遮蓋力(不透明度)和其它的重要性質(zhì)，如白度、黃度和光澤。在這個(gè)測(cè)試中，相對(duì)于從EngelhardCorporation獲得的佐治亞州(美國(guó))高嶺土，Satintone5 HB，評(píng)價(jià)中國(guó)高嶺土。傳統(tǒng)的常識(shí)認(rèn)為美國(guó)高嶺土在涂覆性質(zhì)上優(yōu)于世界上任何其它地方的高嶺土。表7列出每種涂料中國(guó)高嶺土混合物的性質(zhì)。
表7
實(shí)施例6中國(guó)高嶺石壓碎至2-3cm直徑的塊，將高嶺石干燥研磨至-325目或44微米粉末。再使用陶瓷珠，在磷酸鹽分散劑的幫助下在水中將粉末分層，以產(chǎn)生94重量％小于2微米的顆粒。篩選之后，分級(jí)中國(guó)高嶺土以提供90重量％平均顆粒度直徑為1微米或更小的高嶺土。分級(jí)之后，樣品噴霧干燥并粉碎或者3、5次或者7次。在1982E C下煅燒所粉碎的樣品一小時(shí)或再次粉碎兩次以提供最終產(chǎn)物。
參照?qǐng)D4(多次預(yù)加熱粉碎操作在散射(黑玻璃散射)上的有益效果的圖示)。圖表顯示改善的和較高的散射是通過(guò)增加預(yù)熱粉碎操作的次數(shù)而達(dá)到的。較高的散射對(duì)應(yīng)于較高的不透明度。
黑玻璃散射在Kaliski，A.，TAPPI，1970年11月第53卷第11期第2077-2084頁(yè)的題目為“一些粘土在含淀粉的紙涂覆膜中的性質(zhì)；部分I.黑玻璃板作為模型襯底”中有記載。一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)行黑玻璃散射是通過(guò)涂覆含30％固體的高嶺土料漿在黑玻璃板上，以重量計(jì)涂覆重量為2-6g/m2(以干顏料表示)。空氣干燥之后，在波長(zhǎng)為457nm下用Elrepho反射計(jì)測(cè)量涂層的反射比值。使用Kubelka-Munk等式將反射比值轉(zhuǎn)換為光散射系數(shù)(m2/g)。光散射系數(shù)表示高嶺土的不透明性潛力。光散射系數(shù)的值越高，經(jīng)過(guò)高嶺土涂層的光越少，或者反射和背散射的光越多。顯然地，457nm波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于在TAPPI亮度和不透明度測(cè)試方法中使用的波長(zhǎng)。
盡管在某些實(shí)施方案中解釋了本發(fā)明，然而應(yīng)該認(rèn)識(shí)到閱讀說(shuō)明書(shū)之后其不同的方案對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。因此，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在此公開(kāi)的本發(fā)明包括在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)的方案。
權(quán)利要求
1.處理中國(guó)高嶺土的方法，包括提供中國(guó)高嶺土，其中至少大約90重量％的中國(guó)高嶺土具有大約75微米或更小的等價(jià)球體直徑，大約0.01重量％至大約90重量％的中國(guó)高嶺土具有大約2微米或更小的等價(jià)球體直徑；將中國(guó)高嶺土分層以提供具有大約2微米或更小的平均顆粒直徑的至少大約60重量％的中國(guó)高嶺土；粉碎該分層的中國(guó)高嶺土至少兩次；和在大約450至大約1200E C.的溫度下加熱該至少粉碎兩次的中國(guó)高嶺土大約1分鐘至大約10小時(shí)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在加熱之前粉碎該分層的中國(guó)高嶺土至少五次。
3.權(quán)利要求1的方法，其中分層中國(guó)高嶺土包括形成包括中國(guó)高嶺土、研磨介質(zhì)、分散劑和水組成的料漿，以及濕研磨該料漿；且在粉碎之后和加熱之前，至少大約80重量％的中國(guó)高嶺土具有大約2微米或更小的等價(jià)球體直徑。
4.權(quán)利要求1的方法，其中提供具有其中至少大約90重量％的中國(guó)高嶺土具有大約60微米或更小的等價(jià)球體直徑的中國(guó)高嶺土并且大約0.1重量％至大約50重量％的中國(guó)高嶺土具有大約2微米或更小的等價(jià)球體直徑包含。
5.權(quán)利要求1的方法，其中還包括粉碎加熱的中國(guó)高嶺土；和在粉碎分層的中國(guó)高嶺土之前干燥分層的中國(guó)高嶺土。
6.處理中國(guó)高嶺土的方法，其中包括提供至少大約90重量％的中國(guó)高嶺土具有大約75微米或更小的等價(jià)球體直徑并且大約0.01重量％至大約90重量％的中國(guó)高嶺土具有大約2微米或更小的等價(jià)球體直徑的中國(guó)高嶺土；分層中國(guó)高嶺土，以提供具有第一堆積密度的中國(guó)高嶺土；粉碎分層的中國(guó)高嶺土至少兩次，以提供具有第二堆積密度的中國(guó)高嶺土，第二堆積密度比第一堆積密度至少小大約25％；和加熱粉碎至少兩次的中國(guó)高嶺土，以形成至少偏高嶺土、部分煅燒的高嶺土和煅燒的高嶺土。
7.自動(dòng)處理中國(guó)高嶺土的系統(tǒng)，包括用于粉碎中國(guó)高嶺土的粉碎機(jī)；測(cè)試器，用于檢測(cè)和產(chǎn)生中國(guó)高嶺土的至少一個(gè)參數(shù)或粉碎機(jī)的至少一個(gè)參數(shù)的測(cè)試器，測(cè)試器與粉碎機(jī)偶合；和與粉碎機(jī)和測(cè)試器操作耦合的控制器，用于基于從測(cè)試器收到的數(shù)據(jù)來(lái)控制粉碎機(jī)的運(yùn)行，控制器還與存儲(chǔ)器偶合。
8.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中測(cè)試器包括測(cè)量顆粒度分布的裝置。
9.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中中國(guó)高嶺土的參數(shù)包括顆粒度分布、亮度、白度、粗糙度、水分含量百分比、特殊化學(xué)物質(zhì)的百分含量中的至少一種。
10.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，還包括與測(cè)試器和控制器操作偶合的研磨機(jī)、分層器和加熱器中的至少一種。
全文摘要
本文公開(kāi)的是處理中國(guó)高嶺土的方法，包括提供具有所需粉末尺寸的中國(guó)高嶺土，分層中國(guó)高嶺土，粉碎分層過(guò)的中國(guó)高嶺土至少兩次，并加熱粉碎過(guò)至少兩次的中國(guó)高嶺土。本文公開(kāi)的還有用于自動(dòng)處理中國(guó)高嶺土的系統(tǒng)，包括用于粉碎中國(guó)高嶺土的粉碎機(jī)，用于檢測(cè)和產(chǎn)生中國(guó)高嶺土的至少一個(gè)參數(shù)或粉碎機(jī)的至少一個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)的測(cè)試器，與粉碎機(jī)和測(cè)試器操作偶合的控制器，用于基于從測(cè)試器收到的數(shù)據(jù)來(lái)控制粉碎機(jī)運(yùn)行。
文檔編號(hào)C04B33/02GK1821160SQ20051006772
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2005年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者S·N·內(nèi)梅特, F·因, D·威廉斯, R·P·布朗, E·芬奇 申請(qǐng)人:恩格哈德公司