碳酸鈣的脫水方法
2023-05-18 20:32:51
專利名稱：碳酸鈣的脫水方法
技術領域：
本發明涉及碳酸鈣含水漿料的脫水。更具體而言，本發明涉及對文石型沉澱碳酸鈣(aragonitic precipitated calcium carbonate)含水漿料脫水時非離子表面活性劑的使用。
使用本發明的非離子表面活性劑脫水後的碳酸鈣漿料具有較高重量百分比的固相，分散劑用量降低，而生產率提高。
背景技術：
在生產高光澤紙時，原紙要塗覆白色顏料。白色顏料包括滑石、白土、研磨碳酸鈣(GCC)和沉澱碳酸鈣(PCC)。
沉澱碳酸鈣勝過研磨碳酸鈣的一個主要優點在於，它可能得到較小的平均顆粒尺寸，並有適當的比表面積(SSA)，而超細研磨的碳酸鈣具有(i)用於研磨的高能耗成本和(ii)由固相顆粒形貌引起的最終產物比表面積較高。細沉澱碳酸鈣是指其平均顆粒尺寸大約在1.6微米以下的沉澱碳酸鈣，由於細沉澱碳酸鈣濃度太低而無法用於紙張塗覆。因此，需要濃縮沉澱碳酸鈣的含水漿料或去除該漿料中的水以提供約有65％或更高重量百分比的固相的沉澱碳酸鈣漿料。
當使用真空設備進行碳酸鈣脫水時產生了許多問題。例如，在生產紙張過程中會發生真空脫水機的阻塞。一般要關閉真空機，用水清洗以便清除阻塞物。停機要增加生產紙張的總成本。採用鼓風循環進行碳酸鈣乾燥的脫水工藝時也遇到了類似的問題。
例如，當鼓風機用於進行濾餅中固相重量百分比高於65％和平均顆粒尺寸低於或等於1.6微米的碳酸鈣產物的脫水時，需要更有效的鼓風循環來高效率地進行碳酸鈣脫水。現有的鼓風系統不足以將平均顆粒尺寸小的碳酸鈣產物脫水至所需的固相(cake solid)比例。
因此，對於任何現有技術而言，存在一種新的具有出人意料效果的脫除碳酸鈣漿料中水的方法，其中最終產物中濾餅固相(cake solid)比例和平均顆粒尺寸是重要因素。
相關現有技術歐洲專利申請O 381 262 A2公開了一種非水液體清洗劑，它包含了一種液態表面活性劑和一種懸浮在液體中的顆粒固體助洗劑。據稱此產品適用於清洗紡織品。
日本專利申請公開平2-277541公開了一種製備碳酸鈣含水分散體的方法，由此，通過在有非離子表面活性劑存在時使用丙烯酸分散劑，可在水中將重量百分比至少為60％的高濃度碳酸鈣分散。通過鼓入二氧化碳可將已得到的分散體的pH值調整在8至9之間。
日本專利申請公開昭60-185892公開了一種用於紙張塗覆的組合物，它包括一種含有大於或等於50％重量的碳酸鈣的顏料，乳膠以及(1)濁點大於或等於90℃的0.5-5份重量的非離子表面活性劑和(2)濁點大於或等於60℃的0.5-5份重量的有機聚矽氧烷，以所述乳液的固相含量為100份重量計。
日本專利申請公開平7-48793公開了用於碳酸鈣漿料脫水的促進劑，它包含至少一種非離子表面活性劑和聚氧乙烯-聚氧丙烯縮合物的有效組分。據稱使用這些化學物質進行碳酸鈣漿料的脫水時，脫水的效果較好，真空脫水機的阻塞較少發生，生產率得到明顯提高。
儘管在本領域已經了解了各種碳酸鈣漿料脫水方法以及各種化學脫水促進劑，但是有關技術中沒有公開通過使用非離子表面活性劑進行文石型沉澱碳酸鈣塗覆顏料脫水的方法，此時重要的是最終產物中較高的濾餅固相比例和小的平均顆粒尺寸。
發明概述本發明包括在進行文石型沉澱碳酸鈣脫水時的非離子表面活性劑的使用，文石型沉澱碳酸鈣的平均顆粒尺寸為小於或等於1.6微米，脫水後使其固相重量百分比大於或等於65％重量。
因此，本發明的一個目的是提供一種在鼓風式脫水系統中使用非離子表面活性劑進行碳酸鈣漿料脫水的方法。本發明的另一個目的是提供一種製備高比例固相的最終沉澱碳酸鈣的方法。本發明的又一個目的是提供一種製備最終產物的平均顆粒尺寸小於或等於1.6微米的文石型沉澱碳酸鈣的方法。本發明的再一個的目的是提供一種導致生產率增加的脫水方法。本發明的再又一個目的是提供一種文石型沉澱碳酸鈣的分散體，它能減少分散劑的使用量。通過進一步參考發明概述和下面的發明詳述，本發明的這些目的和其他目的會變得更加明顯。
發明詳述本發明包括使用非離子表面活性劑將平均顆粒尺寸小於或等於1.6微米的文石型沉澱碳酸鈣(PCC)脫水至其固相重量百分比大於或等於65％並且其平均顆粒尺寸小於或等於1.6微米。採用沉積技術測定顆粒尺寸，使用Micromeritics Sedigraph Model5100對含約3％產物的含水分散體進行測定，並使用約1％的羧基化多元電解質(carboxylatedpolyelectrolyte)(Daxad 30)作為分散劑。在使用本發明方法的造紙工藝中，在鼓風循環中含有較小平均顆粒尺寸的高固相的沉澱碳酸鈣會得到有效的脫水。
本發明製備文石型沉澱碳酸鈣組合物的方法涉及氫氧化鈣與二氧化碳的反應。
所使用的設備1.帶有平式透平機(flat turbine)型攪拌器葉片(2)的標稱30升的容器，並且安裝了套層用於加熱/冷卻。
2.消和器單元是一個簡單的水泥攪拌裝置。
原料1.CaO2.水3.CO2源空氣中15％的CO24.密西西比石灰公司(Mississippi Lime Company)的M-60文石文石型沉澱碳酸鈣合成步驟1.在至少約為40℃的起始水溫，並在攪拌作用下向1份CaO中添加10份水製備Ca(OH)2石灰乳。石灰量為2000克，水量為20升。
注意製備完畢的石灰乳(熟石灰)中Ca(OH)2漿料的固相含量約為～11％重量。熟石灰的總量約為3200克的CaCO3。
2.將石灰乳過篩，使其不含大於60目的粗顆粒。將石灰乳放入30升反應器中。
3.調節石灰乳溫度至50℃。
4.添加160克的M-60文石至石灰乳中，讓其混合15分鐘。
5.調節攪拌器進行強力混合，開始加入CO2氣體。調節氣體流動速率，使Ca(OH)2在約3小時內完全轉為CaCO3。
6.當PH降至7.0時，碳酸飽和過程結束，此時終止加入CO2氣體。
7.製備完畢的CaCO3漿料中含有的CaCO3約為14％重量。
8.添加非離子表面活性劑到文石型沉澱碳酸鈣中，隨後進行過濾。
非離子表面活性劑可以在合成工藝的任何階段加到沉澱碳酸鈣中。然而，已發現當沉澱碳酸鈣產物流過篩和輸送至過濾原料槽時，非離子表面活性劑優選在攪拌作用下加入其中。
為了使本發明的非離子表面活性劑在對沉澱碳酸鈣脫水過程中發揮有效作用，其使用量應佔碳酸鈣重量的約0.1％到約0.4％。為達到最佳的脫水效果，表面活性劑不要在添加到沉澱碳酸鈣漿料之前進行稀釋。沉澱碳酸鈣含水漿料的濃度在加入非離子表面活性劑時應約為5％到50％的重量比，以沉澱碳酸鈣與總重量之比計。
本發明的理論基於控制在過濾器/溼濾餅中過高的毛細壓力。據信本發明的非離子表面活性劑通過降低水張力來減小溼濾餅中的毛細壓力，使脫水時的鼓風循環更加有效。因為高壓空氣替代了沉澱碳酸鈣濾餅中的液體，水容易從溼餅或濾餅中的空隙處釋放。然而，應清楚地理解上面有關毛細壓力陳述僅為一種理論，它僅作為一種可能發生的科學可能性被認同。無論以何種方式，這個理論都不能表現為科學事實，也不能表現為科學上的正確性。因而，無論以何種方式使用該建議的科學理論，在任何情況下都不能限制本發明的範圍。
實施本發明過程中發現有效的非離子表面活性劑選自以下的組中聚二醇醚、醇的烷氧基化物、烷基酚羥基-聚氧乙烯等。以下非離子表面活性劑可以從Connecticut州的Danbury的聯合碳化物化學與塑料有限公司(Union Carbide Chemical and Plastics Company Inc.)的工業化學部購買，它們包括TERGITOL D-683、TERGITOL MIN-FOAM 1X和TERGITOL MIN-FOAM 2X、TRITON X-100。
(1)Tergitol Min-Foam 2X表面活性劑。
式為C11-15H23-31O(CH2CH2O)x[CH2CH2O/CH2CH(CH3)O]yCH2CH(CH3)OH；(2)Tergitol D-683表面活性劑，式為C15H23O[CH(CH3)CH2O]x[CH2CH2O]yH；(3)Tergitol Min-Foam 1X表面活性劑，式為C11-15H23-31O(CH2CH2O)x[CH2CH2O/CH2CH(CH3)O]yCH2CH(CH3)OH；(4)Triton X-100式為C33H60O10.5提供以下實施例進一步描述了本發明的廣闊範圍。實施例決不是要以任何方式在任何實質方面限制本發明的範圍、廣度和寬度。只有最廣泛的閱讀和關於附後的權利要求書的最充分的解釋，才能用來定義本發明的界限，邊界和範圍。
在實施例1、2、3中，經非離子表面活性劑處理的碳酸鈣漿料(本發明方法)和未經處理的碳酸鈣漿料(對照)都經過了鼓風型壓濾機的過濾和固相百分比的測試。本發明方法中固相百分比的提高在每一個實施例中都得以實現。
實施例實施例1文石型沉澱碳酸鈣含水漿料的固相含量的重量百分比約為15％，通過在攪拌含水漿料時添加重量百分比為0.2％(基於的碳酸鈣的重量)的TRITON X-100表面活性劑對該漿料進行處理。此濾餅固體含量經測定和與未處理的沉澱碳酸鈣濾餅(無表面活性劑)進行比較，其結果示於表1。
表1
注入時間2分鐘，擠壓時間3分鐘，壓力為15巴，鼓風時間5分鐘。實施例2文石型沉澱碳酸鈣含水漿料的固相含量的重量百分比約為15％，通過在攪拌含水漿料時添加重量百分比為0.2％的(基於碳酸鈣重量)TERGITOL MIN-FOAM 2X表面活性劑對該漿料進行處理。此濾餅固體含量經測定和與未處理的沉澱碳酸鈣濾餅(無表面活性劑)進行比較，其結果示於表2。
表2
注入時間2分鐘，擠壓時間3分鐘，壓力為15巴，鼓風時間5分鐘。實施例3文石型沉澱碳酸鈣含水漿料的固相含量的重量百分比約為15％，它通過在攪拌含水漿料時添加重量百分比為0.2％的(基於碳酸鈣重量)TERGITOL D-683表面活性劑對該漿料進行處理。此濾餅固體含量經測定和與未處理的沉澱碳酸鈣濾餅(無表面活性劑)進行比較，其結果示於表3。
表3
注入時間2分鐘，擠壓時間3分鐘，壓力為15巴，鼓風時間5分鐘。實施例4用與實施例1-3相同的方法，在一例中用TERGITOL MIN-FOAM 2X處理含15％重量的文石型碳酸鈣含水漿料，在另一例中，用TERGITOL D-683處理碳酸鈣含水漿料。處理劑濃度為0.2％重量(基於碳酸鈣的重量)。本發明中分散的碳酸鈣產物在表4中與未經處理(不加添加劑)的碳酸鈣漿料濾餅產物進行了比較。結果表明，經非離子處理劑處理過的本發明產物與固相含量和顆粒尺寸基本相同的未處理的產物相比時顯示出較小的分散劑用量。
表權利要求
1.一種除去碳酸鈣含水漿料中水分的改進方法(a)形成一種沉澱碳酸鈣含水漿料，其含水顆粒尺寸低於約1.6微米；(b)用高達約0.5％重量的非離子表面活性劑處理所述碳酸鈣；以及(c)過濾處理過的碳酸鈣以獲得大約55％至80％重量的固相濃度。
2.權利要求1的方法，其中沉澱碳酸鈣為文石。
3.權利要求2的方法，其中非離子表面活性劑選自由聚二醇醚、醇的烷氧基化物和烷基酚-羥基聚氧乙烯組成的組中。
全文摘要
本發明涉及對碳酸鈣的含水漿料脫水。更具體而言,本發明涉及文石型沉澱碳酸鈣含水漿料脫水時非離子表面活性劑的使用。使用本發明的非離子表面活性劑脫水後的碳酸鈣漿料具有較高重量百分比的固相,分散劑用量降低而生產率提高。
文檔編號C01F11/00GK1240408SQ97180589
公開日2000年1月5日 申請日期1997年12月3日 優先權日1997年12月3日
發明者C·W·翰森, C·A·維納艾 申請人:礦業技術有限公司