在含甘油的添加劑存在下礦物材料的分級方法、獲得的產品以及它們的用途的製作方法
2023-08-02 19:48:46 4
專利名稱：在含甘油的添加劑存在下礦物材料的分級方法、獲得的產品以及它們的用途的製作方法
技術領域：
礦 業是化學產品的大的消費者。它們用於礦物材料所經受的各種轉變/改性/處理步驟中。根據顆粒尺寸進行的礦物材料的分級步驟由於其多種用途而構成這些步驟之一，該分級步驟部分地取決於礦物材料在氣體介質中的分散程度，並且其中天然碳酸鈣代表一個特定的例子。
背景技術：
負責在空氣分級器中實施礦物材料的分級步驟的本領域技術人員明白，無效的分級顯著降低其整個方法的生產率。尤其是，當待分級的顆粒為微米級的精細顆粒時，這些顆粒往往在空氣所代表的疏水環境中結合，從而形成團聚體。存在這樣的風險這樣的團聚體和與該團聚體尺寸相當的顆粒分級，而不是和與形成團聚體的初級粒子尺寸相當的顆粒分級。因此，本領域技術人員仍然在尋找添加劑，該添加劑可以提高分級效能，尤其是通過防止團聚現象，同時允許在多種環境例如親水環境中使用經分級的產品。US 6，139,960引用了製造飛灰的方法，包括在空氣分級器中分級的步驟，其中能夠將平均直徑在0. I和5微米之間的精細飛灰用矽烷、硬脂酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽或鋯酸鹽預處理。這樣的添加劑賦予疏水性，它們對於尋找如下添加劑的本領域技術人員而言不是解決方案該添加劑允許在分級步驟以後在含水環境中使用經分級的材料。此夕卜，在Sabine NiedbalIa 的論文 「Dispergierung von feinenPartikelfraktionon in GaSStroniungeil -Einfluss von Dispergierbeanspruchung
und oberfIachenmodifizierenden Zusatzen」 ( 1 9 9 9， Fakultat fur
Maschinenbau, Verfahrens-und Energietechnik der Technischen UniVSf S i tatBergakademie Freiberg)中，指出在具有小於I微米的直徑的初級粒子的情況下，脂肪酸類型的添加劑不影響精細碳酸鈣顆粒在空氣中的分散程度。
發明內容
面對該問題，出人意料地，本申請人已找到礦物材料的分級方法，該方法滿足本領域技術人員的這些多種要求，即提高空氣分級的效能，或者要求相對於沒有添加劑的空氣分級降低的比分級能(6nergie de classification sp6cifique),同時獲得與含水介質中的應用相容的經分級的礦物材料。該方法在於礦物材料的分級方法，其特徵在於所述方法實施下列步驟a)提供至少一種礦物材料，該礦物材料包含白雲石或滑石或二氧化鈦或氧化鋁或高嶺土或碳酸鈣或它們的混合物；b)提供至少一種含水形式或純淨形式的分級輔助添加劑，其包含甘油和/或至少一種聚甘油；
c)在一個或多個幹研磨步驟和/或幹摻混步驟中，分一次或多次使來自步驟a)的礦物材料與步驟b)的分級輔助添加劑接觸；d)在氣體環境中進行步驟c)中獲得的礦物材料的至少一個幹分級步驟，以獲得不同平均顆粒尺寸的至少兩個顆粒級份；e)任選地在由步驟d)得到的經分級的礦物材料的全部或一部分上重複步驟c)和/ 或 d)。比分級能指的是將一噸的幹碳酸鈣分級所需的以kWh表示的能量的總量。已知甘油是研磨添加劑，如Mathieu Skrzypczak (Ecole Centrale de Lyon,2009)的標題為「Understanding of the physical and chemical mechanisms occurringduring dry grinding of calcium carbonate in the presence of a grinding agent，，的論文中所公開。然而，如以下實例中所示，揭示了通常用於礦業中的研磨劑(例如聚乙二 醇(PEG))導致無效的分級。此外，該論文指出0至10 的精細顆粒在甘油存在下的幹研磨是無效的(根據圖IV-4)，這也向本領域技術人員表明在甘油和精細顆粒之間幾乎不存在相互作用。因此，沒有導致負責選擇分級助劑的本領域技術人員從研磨助劑中、尤其是從無效的研磨助劑中尋找解決方案。本發明的第一個目標在於礦物材料的分級方法，其特徵在於所述方法實施下列步驟a)提供至少一種礦物材料，該礦物材料包含白雲石或滑石或二氧化鈦或氧化鋁或高嶺土或碳酸鈣或它們的混合物；b)提供至少一種分級輔助添加劑(i)該添加劑由含水形式或純淨形式的甘油組成，或者(ii)該添加劑由甘油與一種或多種下列試劑組成乙二醇、單丙二醇、三乙二醇、無機酸或無機酸鹽、甲酸或檸檬酸或者甲酸鹽或檸檬酸鹽、有機多酸或有機多酸鹽、烷醇胺、聚乙烯亞胺，分子量在200g/摩爾和20，OOOg/摩爾之間、優選地在600g/摩爾和6，OOOg/摩爾之間的聚亞烷基二醇聚合物，具有等於或小於該礦物材料的模式半徑(rayonmodal)的迴轉半徑均方根的碳水化合物，一種或多種聚甘油，其中所述的一種或多種試劑為含水形式或純淨形式，或者(iii)該添加劑在不存在甘油的情況下包含一種或多種聚甘油。c)在一個或多個幹研磨步驟和/或幹摻混步驟中，分一次或多次使來自步驟a)的礦物材料與步驟b)的分級輔助添加劑接觸；d)在氣體環境中進行步驟c)中獲得的礦物材料的至少一個分級步驟，以獲得不同平均顆粒尺寸的至少兩個顆粒級份；e)任選地在由步驟d)得到的經分級的礦物材料的全部或一部分上重複步驟c)和/ 或 d)。在一種優選的方案中，該方法的特徵在於在步驟d)中獲得的所述顆粒級份的平均顆粒尺寸彼此相差至少0. I U m。在另一種優選的方案中，該方法的特徵在於當在步驟d)中獲得級份時，所述級份的平均顆粒尺寸具有1:1. 05至1:150並且優選1:1. I至1:1. 15的比率。根據添加劑的形式和種類，該方法可以分為6種方案
-第一種方案純淨形式的甘油-第二種方案含水製劑形式的甘油-第三種方案甘油與第(ii)點中所述的至少一種化合物組合，其為含水形式或純淨形式-第四種方案至少一種聚甘油-第五種方案純淨形式的至少一種聚甘油-第六種方案含水製劑形式的至少一種聚甘油。根據該第一種方案，所述添加劑由純淨形式的甘油組成。在第二種方案中，所述添加劑由水和甘油組成。根據該第二種方案，當所述添加劑 由水和甘油組成時，相對於它們的總重量，添加劑含有優選25%至95%、更優選45%至90%、非常優選75%至85%重量的甘油，餘量由水組成。在第三種方案中，所述添加劑由甘油與一種或多種下列試劑組成乙二醇、單丙二醇、三乙二醇、無機酸或無機酸鹽、甲酸或檸檬酸或者甲酸鹽或檸檬酸鹽、有機多酸或有機多酸鹽、烷醇胺、聚乙烯亞胺，分子量在200g/摩爾和20，OOOg/摩爾之間、優選地在600g/摩爾和6，OOOg/摩爾之間的聚亞烷基二醇聚合物，具有等於或小於該礦物材料的模式半徑的迴轉半徑均方根的碳水化合物，一種或多種聚甘油，其中所述的一種或多種試劑為含水形式或純淨形式。根據該第三種方案，所述無機酸優選為磷酸。根據該第三種方案，所述無機酸鹽優選為一、二或三元鹽(sel mono-, di-outri-alcalin)，並且優選為元素周期表第I或II族的陽離子的鹽。根據該第三種方案，所述甲酸鹽或檸檬酸鹽優選為一、二或三元鹽，並且更優選為元素周期表第I或II族的陽離子的鹽。根據該第三種方案，所述有機多酸優選具有式COOH-(CH2)n-COOH,其中n為具有0至7之間(包含端點)的值的整數，或者是式COOH-(CH2)n-COOH的有機多酸的一或二元鹽，其中n等於具有0至7之間(包含端點)的值的整數，或者是一種或多種下列單體的聚合物型有機多酸，該單體為酸形式或者為被元素周期表第I或II族的一種或多種陽離子部分或完全中和的形式，所述單體為丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸或衣康酸，並且優選為草酸、庚二酸或己二酸。根據該第三種方案，所述烷醇胺優選選自2-氨基-2-甲基-I-丙醇、2-氨基-2-乙基-1，3-丙烷二醇、三乙醇胺、N-丁基二乙醇胺和三-異丙醇胺，它們是中和的或未中和的，並且更優選地選自它們的通過根據權利要求10的有機多酸鹽或甲酸鹽或檸檬酸鹽中和的形式。根據該第三種方案，所述聚亞烷基二醇聚合物優選為聚乙二醇、聚丙二醇或者無規的或嵌段的乙二醇-丙二醇共聚物。根據該第三種方案，所述具有等於或小於該礦物材料的模式半徑的迴轉半徑均方根的碳水化合物優選為葡萄糖、果糖、蔗糖、澱粉或纖維素，並且更優選為蔗糖。根據該第三種方案，該一種或多種聚甘油優選選自二聚甘油、三聚甘油、四聚甘油、五聚甘油、六聚甘油、七聚甘油、八聚甘油、九聚甘油和十聚甘油以及它們的混合物，更優選選自二聚甘油和三聚甘油。
根據該第三種方案，所述添加劑優選含有20%至95%重量的甘油、1%至50%重量的所述試劑和0%至65%重量的水，更優選30%至90%重量的甘油、10%至45%重量的所述試劑和0%至60%重量的水，並且非常優選35%至75%重量的甘油、30%至40%重量的所述試劑和5%至50%重量的水，相對於它們的總重量，其中在每種情況下甘油、所述試劑和水的重量百分比之和等於100%。在第四種方案中，所述添加劑在不存在甘油的情況下包含一種或多種聚甘油。該聚甘油或這些聚甘油優選選自二聚甘油、三聚甘油、四聚甘油、五聚甘油、六聚甘油、七聚甘油、八聚甘油、九聚甘油和十聚甘油以及它們的混合物，更優選選自二聚甘油和三聚甘油。在第五種方案中，所述添加劑由純淨形式的一種或多種聚甘油組成。
在第六種方案中，所述添加劑由水和一種或多種聚甘油組成。根據該第六種方案，相對於它們的總重量，所述添加劑優選含有25%至95%、更優選45%至90%並且非常優選75%至85%重量的聚甘油,餘量由水組成。在本發明的方法中，相對於所述礦物材料的乾重量，優選使用100至5，OOOppm、更優選500至3，OOOppm的甘油或聚甘油。在根據本發明的方法的另一種方案中，優選每m2的礦物材料使用0. I至lmg、更優選0. 2至0. 6mg (總的幹當量)的所述甘油或所述聚甘油以及每一種任選的試劑。在供應於步驟d)中的空氣分級器時，本發明方法中使用的所述礦物材料優選具有通過Sedigraph 5100測量的0. 5至500 u m、更優選I y m至45 y m並且進一步優選I U m至IOiim的平均直徑。在供應於步驟d)中的空氣分級器時，本發明方法中使用的所述礦物材料優選具有通過Sedigraph 5100測量的5%至90%、更優選10%至60%的直徑小於2 y m的顆粒的重量百分比。步驟a)的所述礦物材料優選為碳酸鈣，更優選為天然碳酸鈣。根據本發明的方法的步驟d)的所述空氣分級優選是通過篩和/或旋風分離器的分級。步驟d)可以包含串聯或並聯實施的至少兩個分級步驟，並且優選包含三至十個分級步驟。本發明的方法優選是連續方法。本發明還在於通過本發明的方法獲得的產品。這樣的產品可以有利地用於塗料、塑料、用於人或動物的食品應用、藥物製劑、紙漿或紙塗層中。
具體實施例方式實施例實施例I該實施例涉及天然碳酸I丐的空氣分級,該天然碳酸I丐是Carrare大理石。在預先的研磨步驟中使用表2中所記載的添加劑。通過在錘磨機中預研磨而獲得的、進料到研磨機中的初始碳酸鈣的顆粒尺寸分布給於表I中。
表I
權利要求
1.礦物材料的分級方法，其特徵在於所述方法實施下列步驟 a)提供至少一種礦物材料，該礦物材料包含白雲石或滑石或二氧化鈦或氧化鋁或高嶺土或碳酸鈣或它們的混合物； b)提供至少一種分級輔助添加劑 (i)該添加劑由含水形式或純淨形式的甘油組成，或者 (ii)該添加劑由甘油與一種或多種下列試劑組成乙二醇、單丙二醇、三乙二醇、無機酸或無機酸鹽、甲酸或檸檬酸或者甲酸鹽或檸檬酸鹽、有機多酸或有機多酸鹽、烷醇胺、聚乙烯亞胺，分子量在200g/摩爾和20，OOOg/摩爾之間、優選地在600g/摩爾和6，OOOg/摩爾之間的聚亞烷基二醇聚合物，具有等於或小於該礦物材料的模式半徑的迴轉半徑均方根的碳水化合物，一種或多種聚甘油，其中所述的一種或多種試劑為含水形式或純淨形式，或者 (iii)該添加劑在不存在甘油的情況下包含一種或多種聚甘油， c)在一個或多個幹研磨步驟和/或幹摻混步驟中，分一次或多次使來自步驟a)的礦物材料與步驟b)的分級輔助添加劑接觸； d)在氣體環境中進行步驟c)中獲得的礦物材料的至少一個分級步驟，以獲得不同平均顆粒尺寸的至少兩個顆粒級份； e)任選地在由步驟d)得到的經分級的礦物材料的全部或一部分上重複步驟c)和/或d)。
2.根據權利要求I的方法，其特徵在於在步驟d)中獲得的所述顆粒級份的平均顆粒尺寸彼此相差至少0. I U m。
3.根據權利要求I的方法，其特徵在於當在步驟d)中獲得級份時，所述級份的平均顆粒尺寸具有I: I. 05至1:150並且優選I: I. I至I: I. 15的比率。
4.根據權利要求I至3之一的方法，其特徵在於所述添加劑由純淨形式的甘油或者由水和甘油組成。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於當所述添加劑由水和甘油組成時，相對於它們的總重量，添加劑含有25%至95%、優選45%至90%、非常優選75%至85%重量的甘油，餘量由水組成。
6.根據權利要求I至3之一的方法，其特徵在於所述添加劑由甘油與一種或多種下列試劑組成乙二醇、單丙二醇、三乙二醇、無機酸或無機酸鹽、甲酸或檸檬酸或者甲酸鹽或檸檬酸鹽、有機多酸或有機多酸鹽、烷醇胺、聚乙烯亞胺，分子量在200g/摩爾和20，OOOg/摩爾之間、優選地在600g/摩爾和6，OOOg/摩爾之間的聚亞烷基二醇聚合物，具有等於或小於該礦物材料的模式半徑的迴轉半徑均方根的碳水化合物，一種或多種聚甘油，其中所述的一種或多種試劑為含水形式或純淨形式。
7.根據權利要求6的方法，其特徵在於所述無機酸為磷酸。
8.根據權利要求6的方法，其特徵在於所述無機酸鹽為一、二或三元鹽，並且優選為元素周期表第I或II族的陽離子的鹽。
9.根據權利要求6的方法，其特徵在於所述甲酸鹽或檸檬酸鹽為一、二或三元鹽，並且優選為元素周期表第I或II族的陽離子的鹽。
10.根據權利要求6的方法，其特徵在於所述有機多酸具有式COOH-(CH2)n-COOH,其中n為具有O至7之間包含端點的值的整數，或者是式COOH-(CH2)n-COOH的有機多酸的一或二元鹽，其中n等於具有0至7之間包含端點的值的整數，或者是一種或多種下列單體的聚合物型有機多酸，所述單體為酸形式或者為被元素周期表第I或II族的一種或多種陽離子部分或完全中和的形式，所述單體為丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸或衣康酸，並且優選為草酸、庚二酸或己二酸。
11.根據權利要求6的方法，其特徵在於所述烷醇胺選自2-氨基-2-甲基-I-丙醇、2-氨基-2-乙基-1，3-丙燒二醇、二乙醇胺、N- 丁基二乙醇胺和二 -異丙醇胺，它們是中和的或未中和的，並且更優選地選自它們的根據權利要求10通過有機多酸鹽或·甲酸鹽或檸檬酸鹽中和的形式。
12.根據權利要求6的方法，其特徵在於所述聚亞烷基二醇聚合物為聚乙二醇、聚丙二醇或者無規的或嵌段的乙二醇-丙二醇共聚物。
13.根據權利要求6的方法，其特徵在於所述具有等於或小於該礦物材料的模式半徑的迴轉半徑均方根的碳水化合物為葡萄糖、果糖、蔗糖、澱粉或纖維素，並且優選為蔗糖。
14.根據權利要求6的方法，其特徵在於該一種或多種聚甘油選自二聚甘油、三聚甘油、四聚甘油、五聚甘油、六聚甘油、七聚甘油、八聚甘油、九聚甘油和十聚甘油以及它們的混合物，優選選自二聚甘油和三聚甘油。
15.根據權利要求6至14之一的方法，其特徵在於所述添加劑含有20%至95%重量的甘油、1%至50%重量的所述試劑和0%至65%重量的水，優選30%至90%重量的甘油、10%至45%重量的所述試劑和0%至60%重量的水，特別優選35%至75%重量的甘油、30%至40%重量的所述試劑和5%至50%重量的水，相對於它們的總重量，其中在每種情況下甘油、所述試劑和水的重量百分比之和等於100%。
16.根據權利要求I至3之一的方法，其特徵在於所述添加劑在不存在甘油的情況下包含一種或多種聚甘油。
17.根據權利要求16的方法，其特徵在於該一種或多種聚甘油選自二聚甘油、三聚甘油、四聚甘油、五聚甘油、六聚甘油、七聚甘油、八聚甘油、九聚甘油和十聚甘油以及它們的混合物，優選選自二聚甘油和三聚甘油。
18.根據權利要求16至17之一的方法，其特徵在於所述添加劑由純淨形式的一種或多種聚甘油組成。
19.根據權利要求16至17之一的方法，其特徵在於所述添加劑由水和一種或多種聚甘油組成。
20.根據權利要求19的方法，其特徵在於相對於它們的總重量，所述添加劑含有25%至95%、優選45%至90%、非常優選75%至85%重量的聚甘油，餘量由水組成。
21.根據權利要求I至20之一的方法，其特徵在於相對於所述礦物材料的乾重量，使用100至5，OOOppm、優選500至3，OOOppm的甘油或聚甘油。
22.根據權利要求I至21之一的方法，其特徵在於對於每m2的礦物材料使用0.I至lmg、優選0. 2至0. 6mg總的幹當量的所述甘油或所述聚甘油以及所有任選的試劑，。
23.根據權利要求I至22之一的方法，其特徵在於在供應於步驟d)中的空氣分級器時，所述礦物材料具有通過Sedigraph 5100測量的0. 5至500 u m、優選I y m至45 y m並且更優選I y m至10 ii m的平均直徑。
24.根據權利要求I至22之一的方法，其特徵在於在供應於步驟d)中的空氣分級器時，所述礦物材料具有通過Sedigraph 5100測量的5%至90%、優選10%至60%的直徑小於2 的顆粒的重量百分比。
25.根據權利要求I至24之一的方法，其特徵在於步驟a)的所述礦物材料為碳酸鈣，優選為天然碳酸鈣。
26.根據權利要求I至25之一的方法，其特徵在於步驟d)的空氣分級是通過篩和/或旋風分離器的分級。
27.根據權利要求I至26之一的方法，其特徵在於步驟d)包含串聯或並聯實施的至少兩個分級步驟，並且優選包含三至十個分級步驟。
28.根據權利要求I至27之一的方法，其特徵在於它是連續方法。
29.通過權利要求I至28之一的方法獲得的產品。
30.權利要求29的產品在塗料、塑料、用於人或動物的食品應用、藥物製劑、紙漿或紙塗層中的用途。
全文摘要
本發明涉及礦物材料的分級方法，該方法使用含有甘油和/或至少一種聚甘油的分級輔助添加劑，並且使得可以與不含添加劑的空氣分級相比使用更少的比分級能或者提高空氣分級效力，同時獲得與在含水介質中的使用相容的經分級的礦物材料。本發明還涉及得到的產品在塗料、塑料、食品和飼料、藥物製劑、紙漿和紙塗層中的用途。
文檔編號C09C1/02GK102712818SQ201080061708
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月1日 優先權日2009年12月7日
發明者M·布裡, P·A·C·加尼 申請人:Omya發展股份公司