專利名稱：分離細(xì)分散的礦物混合物的方法
USSN 08/350913涉及一種用于將細(xì)分散的礦物混合物分離成其具體成分的方法。更進(jìn)一步地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種通過(guò)一種新型選擇性促凝技術(shù)進(jìn)行這種分離的方法，其中將含有礦物混合物的分散水基料漿通過(guò)加入脂肪酸，如油酸，和一種多價(jià)金屬陽(yáng)離子，如氯化鈣與一種陰離子聚合物進(jìn)行選擇性絮凝。該脂肪酸和多價(jià)金屬陽(yáng)離子選擇性地覆蓋該組合物中的成分，隨后該成分與該陰離子聚合物發(fā)生絮凝。優(yōu)選地用于本方法中的是陰離子聚合物鹽的分散劑。本發(fā)明特別適用于由高嶺土粘土中分離有色雜質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)用純堿處理分散的料漿可以提高這種工藝的優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)?shù)V物或粉末混合物中的顆粒足夠大，如大于325(美國(guó))目時(shí)，該混合物中的成分就可以僅僅通過(guò)物理手段，如空氣或磁力分離過(guò)程而分離。當(dāng)該組合物中的顆粒細(xì)小時(shí)，就需要更加復(fù)雜的技術(shù)來(lái)進(jìn)行有效的分離。常規(guī)的方法是通過(guò)將混合物制成一種水基料漿并且向其中加入可以引起所需的分離的化學(xué)試劑，從而將細(xì)分散的礦物，如比325目(美國(guó)篩)更細(xì)的顆粒分離。另一種廣泛使用的方法是泡沫浮選法。在將磷酸鹽或氧化礦物由硅質(zhì)脈石中泡沫浮選時(shí)，常規(guī)的作法是采用一種脂肪酸捕獲劑和一種鹽促進(jìn)劑。被捕獲劑涂覆的礦物顆粒以泡沫形式由脈石中分離。通常采用起沫劑并曝氣。當(dāng)將泡沫浮選法用于極細(xì)分散的(泥狀的)礦物，如某些高嶺土粘土?xí)r，采用脂肪酸捕獲劑將粘土中的有色雜質(zhì)泡沫浮選就變得很困難，并且需要采用粘土分散劑以使該粘土顆粒在泡沫浮選過(guò)程中保持分散。在Green等人的美國(guó)專利2990958中描述了泥漿狀礦物的浮選優(yōu)點(diǎn)，特別是從細(xì)顆粒大小的高嶺土中浮選有色含鈦雜質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。這種工藝在本領(lǐng)域中通常稱為超級(jí)浮選。超級(jí)浮選已經(jīng)在大規(guī)模上進(jìn)行了幾十年以提高高嶺土粘土品位。該方法已經(jīng)延伸到其它工業(yè)上有價(jià)值的礦物，如錫石(氧化錫)，磷酸鹽泥、氟化物和其它無(wú)硫化物礦物。另一種工業(yè)高嶺土浮選工藝稱為TREP，該工藝采用氯化鈣和油酸，參見(jiàn)Bacon等人的美國(guó)專利4472271。在含有大量泥漿的高嶺土粘土情況下。常規(guī)的泡沫浮選技術(shù)不能將有色物質(zhì)除去。
所說(shuō)的“選擇性絮凝法”是另一種工業(yè)上廣泛用來(lái)分離細(xì)分散的礦物和粉末的方法。對(duì)于粘土來(lái)說(shuō)，某些工藝采用陰離子聚合物來(lái)選擇性絮凝粘土，留下分散的雜質(zhì)并且進(jìn)行后續(xù)分離。選擇性絮凝的幾種工業(yè)變化方式采用弱陰離子化的聚合物，如水解的了聚丙烯酰胺來(lái)選擇性絮凝粘土中的雜質(zhì)，留下分散的經(jīng)過(guò)提純的粘土。例如參見(jiàn)Sherida的美國(guó)專利3837482、Mercade的美國(guó)專利3701417和3862027、Maynald等人的美國(guó)專利3371988和Shi的美國(guó)專利4604369。
早先在泡沫浮選的歷史中，已經(jīng)提出將陰離子聚合絮凝劑加入到已經(jīng)用脂肪酸捕獲劑處理過(guò)的礦物料漿中。而后進(jìn)行泡沫浮選以進(jìn)行分離，參見(jiàn)Woolery的美國(guó)專利3138550。
為了將絮凝劑選擇性吸附在混合物的特定成分上，在下列文獻(xiàn)中提出了多種方法(Yu和Attia,“Flocculation in Biotechnology andSeparation Systems,”(Y.A.Attia編輯),p.601,Elsevier,Amsterdam,1987,；Behl,S.和Moudgil,B.M.，礦物和冶金工藝，5,92,1992和，Behl,S.和Moudgil,B.M.，膠體與界面科學(xué)雜志(美)，160,1993)。其中一種方法包括選擇性地堵塞惰性或非絮凝成分上的活性位置，以吸附該聚合絮凝劑。這一點(diǎn)可以通過(guò)在將顆粒表面向該絮凝劑暴露之前吸附作為分散劑和/或位置堵塞劑的絮凝劑中的低分子量部分而實(shí)現(xiàn)。
泡沫浮選法和選擇性絮凝法均存在缺陷，特別是當(dāng)用于泥漿礦物時(shí)。當(dāng)泡沫浮選其中大部分物質(zhì)是亞微米大小范圍的高嶺土粘土?xí)r，即使是超級(jí)浮選也不能在使純高嶺土獲得了合適的回收的基礎(chǔ)上使高嶺石中的有色物質(zhì)達(dá)到工藝上適用水平的分離。當(dāng)采用GREP來(lái)以工業(yè)規(guī)模處理超細(xì)粘土?xí)r，也會(huì)出現(xiàn)類似的困難。另一方面采用陰離子聚合物的選擇性絮凝工藝通常會(huì)導(dǎo)致沉降速度非常低的絮凝物，除非采用大量的鹽來(lái)促使絮凝物沉降。由于鹽伴隨著粘土的存在將會(huì)對(duì)粘土的流變性產(chǎn)生不利的影響，這就需要花費(fèi)更多的錢來(lái)進(jìn)行多次沖洗步驟。
USSN 08/350913涉及一種新的用于分離細(xì)分散固體混合物的方法，該方法與已知的泡沫浮選法和選擇性絮凝法存在明顯的不同。這種方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的泡沫浮選法和選擇性絮凝分離法的許多缺陷，并且當(dāng)用于高嶺土粘土?xí)r提供了用于產(chǎn)生新型高嶺土顏料產(chǎn)物的手段。該方法采用選擇性絮凝在先前分散的礦物水基料漿中的成分，優(yōu)選地是用硅酸鈉和聚丙烯酸鈉分散的料漿。該料漿被分散成其顆粒不會(huì)相互結(jié)塊。該分散料漿經(jīng)過(guò)預(yù)處理，從而通過(guò)加入脂肪酸和多價(jià)金屬陽(yáng)離子的水溶性源而進(jìn)行選擇性絮凝。脂肪酸和多價(jià)金屬陽(yáng)離子的量不足以使分散料漿中的成分絮凝。當(dāng)將陰離子聚合物加入到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的分散料漿中時(shí)，立刻會(huì)形成致密的絮凝相并且作為致密的粘性膠狀底層而快速沉降；上層是含有未絮凝的礦物顆粒的分散液漿。該絮凝相中還含有所有加入到料漿中的脂肪酸和多價(jià)陽(yáng)離子。通過(guò)潷析或其它常規(guī)單元操作可以很容易地將較低密度的膠狀層與其余的料漿分離。該料漿不象Woolery(上文)中所說(shuō)的那樣在導(dǎo)入脂肪酸和聚合物之后進(jìn)行泡沫浮選；也不是采用泡沫浮選來(lái)將低絮凝相與上層分散相分離。
在與硅酸鈉和聚丙烯酸鈉的混合物混合以后，可以用純堿對(duì)原料進(jìn)行處理，也可以與純堿、硅酸鈉和聚丙烯酸鈉三種成分的混合物混合。在這兩種情況下，都必須在處理步驟之前加入純堿?？梢钥吹皆谠摴に囍胁捎眉儔A可獲得具有良好的亮度的產(chǎn)物。
將純堿加入到預(yù)處理步驟中改變了絮凝物的特性(在加入絮凝劑時(shí)形成的絮凝物)。絮凝物的尺寸對(duì)該工藝具有明顯的影響。小而致密的絮凝物是人們需要的，因?yàn)樗鼈儼倭康恼惩粱蚍稚⒌牧蠞{，從而有助于改進(jìn)回收率。增加純堿的量會(huì)形成更加致密的絮凝物。另一方面絮凝物的尺寸還受到聚丙烯酸鈉加入量的控制。但是，加入過(guò)量的純堿會(huì)使粘土凝結(jié)，從而影響處理步驟。另外，已經(jīng)知道純堿是一種緩沖劑，因此加入它會(huì)有助于控制分散，特別是在高堿性溶液中(苛性堿/硅酸鹽溶液中多見(jiàn))。高pH值的溶液將會(huì)對(duì)用于選擇性絮凝的絮凝物的特性產(chǎn)生不利影響，因?yàn)樗鼈儠?huì)使懸浮液過(guò)分分散。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明采用含有至少一種有色含鈦雜質(zhì)的分散顆粒和高嶺土的不純高嶺土粘土來(lái)實(shí)施并且該雜質(zhì)是如此的細(xì)以至于它們不能對(duì)常規(guī)的泡沫浮選法，如超級(jí)浮選或TREP產(chǎn)生令人滿意的反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明，用于提純這種高嶺土的分散劑優(yōu)選地是用聚丙烯酸鈉和純堿補(bǔ)充的硅酸鈉。這種超細(xì)高嶺土的例子是在美國(guó)的東喬治亞開采的；這種粘土的平均顆粒尺寸低于0.5微米并且可以通過(guò)采用弱陰離子聚合物進(jìn)行選擇性絮凝，而后加入大量鹽以促使絮凝物沉降并且多次沖洗步驟來(lái)進(jìn)行處理。
我們相信本發(fā)明在處理非常細(xì)分散的礦物混合物時(shí)具有明顯的突破，它比目前使用的技術(shù)具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。舉例來(lái)說(shuō)，無(wú)需泡沫浮選就可以獲得亮度很高的高嶺土產(chǎn)物(90％GE亮度或更高)。在某些情況下，可以無(wú)需經(jīng)過(guò)常規(guī)的用來(lái)增加亮度的后處理工藝，例如漂白和磁性分離獲得高亮度的高嶺土產(chǎn)物。這一點(diǎn)可以通過(guò)下列事實(shí)來(lái)說(shuō)明，即我們的工藝可以使有色雜質(zhì)的量明顯降低，從而無(wú)需經(jīng)過(guò)常規(guī)的后處理過(guò)程而產(chǎn)生具有所需亮度的高嶺土產(chǎn)物。在某些情況下，由于在沉降的絮凝雜質(zhì)層中可以除去粗顆粒，因此可以省去初始的除粗粒步驟(在絕大多數(shù)高嶺土處理工藝中是必須的)。本發(fā)明的方法沒(méi)有引入在現(xiàn)有的選擇性絮凝工藝中引入的不可溶的鹽。由于省去了多次沖洗步驟，故使高嶺土處理工藝的成本大下降。事實(shí)上，在高嶺土原料中存在的或在處理工藝中引入的多價(jià)金屬陽(yáng)離子可以基本上定量地從絮凝層中除去，因而不會(huì)對(duì)純高嶺土的流變性能產(chǎn)生不利的影響。經(jīng)過(guò)處理的高嶺土產(chǎn)物具有明顯好的流變性能。
本方法可以從高嶺土中除去氧化鈦(金紅石和銳鈦礦及其混合物)，即使是當(dāng)氧化鈦和高嶺土是非常細(xì)的顆粒形式。該方法還可以從其它硅酸鹽中分離其它非硫化物礦物。它可以用來(lái)分離某些含鐵硫化物，如黃鐵礦。本發(fā)明的方法可以用來(lái)在磷酸鹽礦物、精選礦和預(yù)選礦石中從硅酸鹽礦物中除去磷灰石(磷酸鈣)，即使當(dāng)加入的原料是泥狀的。該方法可以用來(lái)在礦石、精選礦和預(yù)選礦石中從硅酸鹽脈石中分出泥狀的錫石(氧化錫)、氧化鐵、硅灰石、堿土金屬碳酸鹽如白云石、石灰石和菱鎂礦?？梢杂晒杷猁}脈石中分離出天然存在的含有堿土金屬離子的沸石，如菱沸石。存在于各種硅酸鹽脈石中的礦物的例子是長(zhǎng)石、蒙脫石粘土、細(xì)石英、磷粘土和高嶺土。硅酸鹽物質(zhì)在這些分離過(guò)程中保持在分散相中。本發(fā)明的方法還可以用來(lái)精選鈦鐵礦、鎳礦、銳鈦礦和鋁土礦。通常，利用本發(fā)明的方法可以將任何一種可以通過(guò)脂肪酸與多價(jià)陽(yáng)離子促進(jìn)劑的組合而選擇性泡沫浮選的被捕獲劑涂覆的礦物作為膠狀絮凝低層而分離。
該方法適用于分離所有或大部分比325目(美國(guó)篩)更細(xì)的物質(zhì)。粗粒定義為+325目(美國(guó)篩)顆粒，即留在325目篩上的顆粒可以在該方法之前或在該方法中從加料中除去。本發(fā)明在分離超細(xì)的礦物，如其中至少50％重量的顆粒是亞微米尺寸范圍的礦物方面具有最顯著的商業(yè)價(jià)值。將該方法用于如此細(xì)的礦物混合物表示可以使成本獲得最明顯的降低。這一點(diǎn)可以通過(guò)下列事實(shí)來(lái)說(shuō)明，即可以省去費(fèi)錢的預(yù)或后處理常規(guī)步驟或者它們可以更簡(jiǎn)單地進(jìn)行。
下面將更詳細(xì)地描述用于處理來(lái)自東喬治亞，美國(guó)的超細(xì)高嶺土的本發(fā)明。有色雜質(zhì)主要是氧化鈦(金紅石和銳鈦礦)。典型的氧化鈦(TiO2)分析量基于開采的去除粗粒的粘土的干重為2.0-4.5％重量。但是采用氧化鈦分析量為0.6-6.0％的粘土原料已經(jīng)能使亮度獲得可以接受的改進(jìn)。典型地，部分鐵位于高嶺土晶體的結(jié)構(gòu)晶格中。鐵以少量存在，例如基于去除粗粒的粘土的干重為1.0％重量以下的三氧化二鐵。這些粘土對(duì)氧化或還原性漂白具有較低的反應(yīng)并且不能對(duì)已知的浮選工藝產(chǎn)生令人滿意的反應(yīng)。
典型的東喬治亞原料粘土的顆粒尺寸在80％比2微米細(xì)到95％以上比2微米e.s.d.(當(dāng)量球直徑)細(xì)之間變化。至少50％重量通常比0.4微米細(xì)e.s.d.。因此這些粘土落在泥狀礦物的一般定義范圍內(nèi)，正象在泡沫浮選技術(shù)中所使用的那樣。
東喬治亞粘土由于其杰出的高剪切流變性而變的對(duì)造紙工業(yè)越來(lái)越重要并且作為與碳酸鹽相匹配的助顏料。二氧化鈦雜質(zhì)的除去改進(jìn)了粘土的亮度和暗色(較少的黃色)從而產(chǎn)生更加匹配的碳酸鹽助顏料。
優(yōu)選的用于實(shí)施本發(fā)明的主要分散劑是硅酸鈉。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)將氫氧化鈉與硅酸鈉溶液，如N牌硅酸鈉所獲得的組合物其氧化鈉與二氧化硅之比與硅酸鈉相同，這種組合物不能導(dǎo)致與用硅酸鈉從東喬治亞高嶺土中除去大量的二氧化鈦所獲得的結(jié)果相同的結(jié)果。
硅酸鈉主分散劑可以作為干料加入也可以作為在水中的溶液加入。當(dāng)作為溶液加入時(shí)，硅酸鹽的濃度不重要。基于干粘土重量，采用3-9磅/噸，優(yōu)選地為6磅以上/噸硅酸鈉(干重)，將主催化劑加入到含有5-70％固體，優(yōu)選地為50％以上固體的粘土中。過(guò)量的硅酸鈉會(huì)使懸浮液凝結(jié)，這就會(huì)對(duì)選擇性絮凝工藝產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)加入量不足時(shí)，該料漿將不分散，這將會(huì)對(duì)絮凝劑的選擇性吸附產(chǎn)生不利的影響。
可以向先前用0.1-0.8磅/噸硅酸鈉(基于粘土的干重)分散的料漿中加入可溶于水的聚丙烯酸鈉或聚丙烯酸銨分散劑，如C-211聚丙烯酸鈉，從而確保粘土在整個(gè)操作過(guò)程中處于分散狀態(tài)。聚丙烯酸鹽分散劑的典型分子量可以在2000-20000之間。該丙烯酸鹽分散劑是高回收純粘土所必須的。用于本發(fā)明的目的適當(dāng)分散的料漿的較好粘度為采用在Brookfield粘度計(jì)中的2號(hào)心軸測(cè)定、在20轉(zhuǎn)/分鐘下為600CPS以下。加入硅酸鈉之前的高嶺土漿料的pH通常為5-7。在加入硅酸鈉之后，該pH值通常為7-11，聚丙烯酸鈉或銨通常對(duì)料漿的pH值沒(méi)有影響。
在加入主分散劑和丙烯酸鹽(助分散劑)以后，分散的高嶺土料漿是一種稀流體，它具有乳液的外觀。當(dāng)保持安靜時(shí)，基本上不會(huì)出現(xiàn)分層或絮凝物。如前所說(shuō)，該料漿分散成使其顆粒不會(huì)結(jié)塊。分散的程度可以不與分散至最小粘度的料漿(即流變分散的料漿)的相同。
根據(jù)本發(fā)明，經(jīng)過(guò)處理的料漿用1-10磅純堿/噸進(jìn)行處理。所有的重量均是基于干重。在初級(jí)分散階段可以以與硅酸鈉或聚丙烯酸鈉分散劑或與這兩種物質(zhì)的混合物形式采用相同數(shù)量的純堿。純堿可以與干料的形式或溶液的形式加入。通過(guò)采用純堿作為“緩沖劑”，可以將原始粘土有效地混合在新鮮水或富含硅酸鹽的回收的礦泉水中，參見(jiàn)實(shí)施例4。
用于該方法中對(duì)不純的粘土(或其它加入的物質(zhì))進(jìn)行預(yù)處理以進(jìn)行選擇性絮凝的脂肪酸可以是通常用于氧化物礦物泡沫浮選中的類型，例如C12-18脂肪酸。油酸是優(yōu)選的?？梢圆捎弥舅岷蜆渲岬幕旌衔?，例如牛油脂肪酸和磺化的脂肪酸的混合物。脂肪酸的量可以隨高嶺土中雜質(zhì)的含量而變化(或其它礦物中可以用硫酸和多價(jià)陽(yáng)離子覆蓋的非硅酸鹽礦物的相對(duì)含量)并且通常是在1-10磅，最常見(jiàn)的為3-5磅/噸(基于粘土干中)。當(dāng)采用太多的脂肪酸時(shí)，就會(huì)在料漿的表面看到一層膜(或分開的相)，該膜包含細(xì)的有色結(jié)塊、從而防止它們?cè)谛跄蟀l(fā)生沉降，當(dāng)脂肪酸的用量不足時(shí)，該工藝的分離效果不太好。加入起沫劑是無(wú)益的。
可以在加入脂肪酸的同時(shí)或之前向料漿中加入含有多價(jià)金屬陽(yáng)離子的鹽。當(dāng)處理某一種礦石、預(yù)選礦石或含有提供料漿中的多價(jià)陽(yáng)離子的固體的精選礦石時(shí)，可以不一定加入任何其它的多價(jià)陽(yáng)離子源。合適的含有多價(jià)陽(yáng)離子的鹽在加入鹽的料漿的pH值下可溶于水中。特別優(yōu)選的是含有二價(jià)金屬陽(yáng)離子，特別是鈣、鎂和鋇的鹽?？梢允褂玫钠渌鄡r(jià)金屬陽(yáng)離子包括鋁、鐵、錫、鈦、錳和稀土元素。當(dāng)處理粘土?xí)r，優(yōu)選地應(yīng)采用無(wú)色陽(yáng)離子，如鈣和鎂。優(yōu)選的鹽中的陰離子是氯，雖然也可以采用硝酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽或甲酸鹽。該鹽可以作為干料加入或作為水溶液加入，鹽的加入量通常為約0-4磅/噸，最優(yōu)選地為2磅/噸干粘土。當(dāng)采用過(guò)量的鹽時(shí)，就會(huì)發(fā)生不合適的料漿非選擇性地絮凝，這會(huì)干擾聚合物使氧化鈦選擇性絮凝的能力。另外，過(guò)量的鹽(相對(duì)于脂肪酸來(lái)說(shuō))需要進(jìn)行一次或多次沖洗步驟，這會(huì)使處理的成本大大增加。當(dāng)不加入鹽時(shí)，所形成的絮凝物非常小并且會(huì)對(duì)分離工藝產(chǎn)生不利影響。
用于該方法中的絮凝劑是高度陰離子化的，它是乙烯基丙烯酸、羧酸酐和羧酸鹽單體與一種合適的非離子單體的均聚物或共聚物。非離子單體的例子是丙烯系羧酸酰胺和羧基烷基酯。丙烯酸(或其鹽)與丙烯酰胺和共聚物是高嶺土處理所優(yōu)選的。由于該聚合物是高度陰離子化的，它主要由酸性丙烯基團(tuán)組成。
成功用于該方法中的絮凝劑是丙烯酸鈉和丙烯酰胺的高度陰離子化的高分子共聚物，它具有50％(重量)的丙烯酸根并且其分子量超過(guò)5百萬(wàn)。優(yōu)選的聚合物在該共聚物中具有95％或更高的丙烯酸根(重量)并且其分子量為10-30百萬(wàn)，優(yōu)選地為25百萬(wàn)。用于所附的實(shí)施例中的聚合物是由Sharpe Specialty Chemical Co.獲得的并且包括SharpflocTM9990,9993,9950,9954和8581。這些聚合物的生產(chǎn)方法是專用性的。理論上，它們可以通過(guò)丙烯酰胺和丙烯酸(陰離子單體)的共聚合或者通過(guò)使聚丙烯酰胺部分水解而制得。
脂肪酸和鹽通常加入到先前分散的含有10％-50％固體量的料漿中。當(dāng)加入這些試劑時(shí)會(huì)發(fā)生極小的稀釋，因此該料漿中的固體含量基本不變。料漿的pH值一般在加入脂肪酸和鹽以后為6.5-10。
加入脂肪酸和鹽之后的料漿中的固體通常為20-45，約40％是優(yōu)選的。在加入脂肪酸和鹽之后但在加入該聚合物之前，可以用水稀釋該料漿，優(yōu)選地適用具有較低礦物量的水。
該聚合物作為具有低于0.5％濃度(重量)的溶液加入。在較高的濃度下，絮凝的物質(zhì)會(huì)由于混合限制而結(jié)塊。在非常低的濃度下，加入的水量會(huì)非常大從而引起操作問(wèn)題。在制備該聚合物溶液時(shí)，必須采用具有較低鈣和鎂含量的水。攪拌必須足以避免使聚合物發(fā)生降解同時(shí)它能溶解在水中。
在將該聚合物的溶液加入到用脂肪酸和金屬預(yù)處理過(guò)的良好分散的料漿之后立刻可以看到有絮凝物產(chǎn)生。不一定要攪拌容器中的物質(zhì)以形成絮凝物。但是攪拌，即使是嚴(yán)重的攪拌也不會(huì)影響絮凝物的形成。在安靜或半安靜的條件下放置幾分鐘以后，該絮凝物作為一種粘性膠狀底層而沉降，該底層主要含有在起始粘土中的全部含鈦礦物。對(duì)于東喬治亞高嶺土來(lái)說(shuō)，粘土中的鐵含量基本保持不變。但是對(duì)于含有游離鐵礦物的高嶺土來(lái)說(shuō)，鐵濃縮在絮凝物中。除非該粘土在處理之前已經(jīng)去除了粗顆粒，否則在處理高嶺土原料時(shí)，粗顆粒將會(huì)保留在絮凝層中。下部的沉降層通常會(huì)呈暗褐色并且明顯比含有純粘土的分散的上層顏色深。料漿中的水大部分出現(xiàn)在上部富含粘土的層中。
在加入聚合物以后，經(jīng)過(guò)處理的高嶺土產(chǎn)物的流體分散液在圓筒罐、柱等中潷析，下部流體含有包含大于5微米的大顆粒的膠凝物質(zhì)、包含有色物質(zhì)的雜質(zhì)以及其它一些礦物。還可以采用一些機(jī)械裝置，如刮板盒或低剪切離心裝置將膠凝絮凝物從分散的產(chǎn)物中分離出來(lái)。
潷析處理的后面一部分可以有多個(gè)機(jī)會(huì)使整個(gè)工藝產(chǎn)量達(dá)到最佳并且降低了殘留在分散相中的殘余雜質(zhì)的量。這將會(huì)對(duì)所處理的產(chǎn)物的質(zhì)量以及這種產(chǎn)品總的制造成本產(chǎn)生影響。
由于通過(guò)加入絮凝劑而施加到高嶺土料漿上的高粘度，非常小的(甚至是凝膠)絮凝物會(huì)一直懸浮在分散的經(jīng)過(guò)處理的高嶺土產(chǎn)物中。這些絮凝物的結(jié)構(gòu)中含有雜質(zhì)的脂肪酸并且在一開始加入聚合物以后不能發(fā)生沉降。這些小絮凝物可以通過(guò)加入一種合適的分散劑如C-211(聚丙烯酸鈉)而分散。
另一種處理這種少量絮凝物的方法是在以批量方式進(jìn)行操作時(shí)將小的絮凝物留在篩網(wǎng)上。當(dāng)以連續(xù)方式進(jìn)行這種過(guò)程時(shí)，如果不經(jīng)常用一種能夠使絮凝物沉積的試劑來(lái)清洗篩網(wǎng)表面，那么篩網(wǎng)的阻塞就會(huì)成為一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題這種試劑可以是高壓水或一種試劑。
利用HGMS(高階梯式磁性分離器)可以使處理過(guò)和高嶺土產(chǎn)品的純度、物理性能和亮度獲得進(jìn)一步的提高，所說(shuō)的HGMS具有大于2特斯拉，優(yōu)選地為5特斯拉以下的磁場(chǎng)強(qiáng)度。另外位于礦物孔隙結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)可以通過(guò)在HGMS之前的“洗滌研磨”工藝步驟而除去。該單元操作不會(huì)使料漿的顆粒分布發(fā)生明顯的變化。該工藝使裹入的未被一開始進(jìn)行的本發(fā)明的工藝除去的雜質(zhì)得以釋放。
采用常規(guī)的還原漂白可以使亮度獲得進(jìn)一步的提高?？梢圆捎眠B二亞硫酸鹽化學(xué)試劑或者當(dāng)場(chǎng)形成該試劑，并且公開在Willis等人的US5145814中。當(dāng)對(duì)被有機(jī)雜質(zhì)污染的粘土進(jìn)行處理時(shí)，氧化漂白是有好處的。
本發(fā)明的方法可以用來(lái)降低已經(jīng)通過(guò)如泡沫浮選法進(jìn)行部分提純的高嶺土物質(zhì)中有色雜質(zhì)的含量。
在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中，可以在所有工藝階段中采用簡(jiǎn)單的螺旋攪拌器?？梢圆捎门渴讲僮?，也可以采用連續(xù)式操作。在連續(xù)式操作中，可以在加入脂肪酸和鹽以后，采用松鼠籠式混合器來(lái)混合分散的料漿。
下列實(shí)施例是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明最優(yōu)選的操作方式，而不是要對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。在實(shí)施例1-5中，所用的高嶺土原料來(lái)自東喬治亞，美國(guó)。其典型的顆粒尺寸分布為80％(重量)比2微米細(xì)，其平均顆粒尺寸為0.3-0.4微米。
除非另有說(shuō)明，所有的數(shù)量均是以干重為基礎(chǔ)。所有的篩網(wǎng)尺寸均是用美國(guó)篩獲得的。實(shí)施例1根據(jù)USSN08/350913的教導(dǎo)，采用Cowles混合機(jī)將東喬治亞高嶺土原料以60％固體量與7磅/噸無(wú)水硅酸鈉和0.6磅/噸C-211(聚丙烯酸鈉)混合。將該料漿混合15分鐘，以使粗粘土完全變小。將料漿篩過(guò)325目篩，以除去粗顆粒物質(zhì)。將所獲得的料漿稀釋成含40％固體。該料漿的pH為10.4。在攪拌的同時(shí)，向該料漿中同時(shí)加入5磅/噸油酸和2磅/噸氯化鈣溶液(38.5％)。將所獲得的料漿在室溫下完全攪拌15分鐘。在中度攪拌的同時(shí)，向該料漿中加入0.25磅/噸SharpflocTM9950聚合物。SharpflocTM 9950是聚丙烯酰胺與聚丙烯酸酯的共聚物，其具有95％陰性電荷，分子量超過(guò)10百萬(wàn)。將所需的聚合物稀釋成這樣一種濃度，即當(dāng)加入到料漿中時(shí)，所獲得的固體量為20％。立即會(huì)出現(xiàn)有色絮凝物。當(dāng)攪拌停止時(shí)，絮凝物開始快速沉降。將該絮凝物沉降30分鐘。該絮凝相(褐色膠凝相)約占料漿體積的30％。將分散的料漿潷析，將其與絮凝層分離并且使其通過(guò)325目篩，以除去任何與純高嶺土料漿留在一起的小絮凝物。潷析料漿中的固體含量為10％。然后采用明礬和硫酸使料漿絮凝，并且將其在Buchner漏斗中過(guò)濾。將濾餅在微波爐中干燥。
所獲得的結(jié)果表明東喬治亞高嶺土中TiO2含量由4％下降到約0.6％。GE亮度由80.0％提高到90.4％，粘土回收率為73％。實(shí)施例2根據(jù)USSN 08/350913的教導(dǎo)，采用Cowles混合機(jī)將東喬治亞高嶺土原料以60％固體量與5磅/噸無(wú)水硅酸鈉和0.5磅/噸C-211(聚丙烯酸鈉)混合。將該料漿混合15分鐘，以使粗粘土完全變小。將料漿篩過(guò)325目篩，以除去粗顆粒物質(zhì)。將所獲得的料漿稀釋成含40％固體。向該料漿中加入2磅/噸氯化鈣溶液(38.5％)而后加入3磅/噸油酸。將所獲得的料漿在室溫下完全攪拌15分鐘。在中度攪拌的同時(shí)，向該料漿中加入0.33磅/噸SharpflocTM9950聚合物。SharpflocTM9950是聚丙烯酰胺與聚丙烯酸酯的共聚物，其具有95％陰性電荷，分子量超過(guò)10百萬(wàn)。將所需的聚合物稀釋成這樣一種濃度，即當(dāng)加入到料漿中時(shí)，所獲得的固體量為20％。立即會(huì)出現(xiàn)有色絮凝物。當(dāng)攪拌停止時(shí)，絮凝物開始快速沉降。將該絮凝物沉降30分鐘。該絮凝相(褐色膠凝相)約占料漿體積的30％。將分散的料漿潷析，將其與絮凝層分離并且使其通過(guò)325目篩，以除去任何與純高嶺土料漿留在一起的小絮凝物。潷析料漿中的固體含量約為10％。然后采用明礬和硫酸使料漿絮凝，并且將其在Buchncr漏斗中過(guò)濾。將濾餅在微波爐中干燥。
產(chǎn)品的GE亮度為89.1％，回收率為49.1％。實(shí)施例3根據(jù)本發(fā)明，采用Cowles混合機(jī)將東喬治亞高嶺土原料以60％固體量與5磅/噸無(wú)水硅酸鈉和0.5磅/噸C-211(聚丙烯酸鈉)混合。將該料漿混合15分鐘，以使粗粘土完全變小。將料漿篩過(guò)325目篩，以除去粗顆粒物質(zhì)。將所獲得的料漿稀釋成含40％固體。用5磅/噸純堿進(jìn)一步處理該料漿。其余工藝與實(shí)施例2相同。在加入絮凝劑時(shí)，立即會(huì)出現(xiàn)有色絮凝物。當(dāng)攪拌停止時(shí)，絮凝物開始快速沉降。將該絮凝物沉降30分鐘。該絮凝相(褐色膠凝相)約占料漿體積的30％。將分散的料漿潷析，將其與絮凝層分離并且使其通過(guò)325目篩，以除去任何與純高嶺土料漿留在一起的小絮凝物。潷析料漿中的固體含量約為10％。然后采用明礬和硫酸使料漿絮凝，并且將其在Buchner漏斗中過(guò)濾。將濾餅在微波爐中干燥。
將實(shí)施例2與本發(fā)明(加入純堿)的結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明在可以相比的回收率51.7％下，亮度由89.1％提高到91.6％。亮度的這種增加具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)施例4根據(jù)本發(fā)明，采用Cowles混合機(jī)，在循環(huán)白水中，將東喬治亞高嶺土原料以60％固體量與5磅/噸無(wú)水硅酸鈉和0.5磅/噸C-211(聚丙烯酸鈉)混合。該循環(huán)白水是采礦的廢水，它包括非常細(xì)的粘土和某些原始分散劑，如硅酸鈉(N牌)。在商業(yè)上通常將其稱為“白堊”水。將該料漿混合15分鐘，以使粗粘土完全變小。將料漿篩過(guò)325目篩，以除去粗顆粒物質(zhì)。將所獲得的料漿稀釋成含40％固體。用不同數(shù)量的純堿(0、2.0、3.0、3.5、3.7、4.0、5.0磅/噸)進(jìn)一步處理該料漿。向該料漿中加入1.3磅/噸氯化鈣溶液(38.5％)，而后加入5磅/噸油酸。其余工藝與實(shí)施例2相同。在加入絮凝劑時(shí)，立即會(huì)出現(xiàn)有色絮凝物。對(duì)于用2.0磅/噸或更多純堿處理過(guò)的料漿來(lái)說(shuō)，當(dāng)攪拌停止時(shí)，絮凝物開始快速沉降。將該絮凝物沉降30分鐘。將分散的料漿潷析，將其與絮凝層分離。采用明礬和硫酸使分散的料漿絮凝，并且將其在Buchner漏斗中過(guò)濾。將濾餅在微波爐中干燥。
在沒(méi)有采用純堿進(jìn)行處理的試驗(yàn)中，可以看到非常細(xì)的絮凝物在30分鐘內(nèi)不會(huì)沉降。因此，產(chǎn)物的回收非常差。但是，在增加純堿的量時(shí)可以看到較大的絮凝物并且可以達(dá)到更好的分離，由此產(chǎn)生更高的亮度和回收率。表1中的結(jié)果表明當(dāng)系統(tǒng)中的純堿量增加時(shí)，分離效率就會(huì)提高。表1純堿分散劑對(duì)選擇性絮凝工藝的分離效率的影響純堿量％GEB 重量％回收率 產(chǎn)物中#/噸干粘土 ％TiO2重量0 90.013.1 0.632.087.560.0 1.063.088.261.7 0.813.588.761.1 0.643.788.957.0 0.684.089.955.7 0.455.090.246.7 0.45實(shí)施例5例5表示與將純堿在主要分散位置加入到硅酸鈉/聚丙烯酸鈉混合物中相比，用純堿處理經(jīng)過(guò)預(yù)分散的料漿的作用。后者由于在生產(chǎn)中容易進(jìn)行而成為優(yōu)選的。實(shí)施例5A根據(jù)本發(fā)明，采用Cowles混合機(jī)，在循環(huán)白水中，將東喬治亞高嶺土原料以60％固體量與5磅/噸無(wú)水硅酸鈉和0.5磅/噸C-211(聚丙烯酸鈉)混合。將該料漿混合15分鐘，以使粗粘土完全變小。將料漿篩過(guò)325目篩，以除去粗顆粒物質(zhì)。將所獲得的料漿稀釋成含40％固體。用5.0磅/噸純堿處理該料漿。其余工藝與實(shí)施例2相同。在加入絮凝劑時(shí)，立即會(huì)出現(xiàn)有色絮凝物。對(duì)于用2.0磅/噸或更多純堿處理過(guò)的料漿來(lái)說(shuō)，當(dāng)攪拌停止時(shí)，絮凝物開始快速沉降。將該絮凝物沉降30分鐘。將分散的料漿潷析，將其與絮凝層分離。采用明礬和硫酸使分散的料漿絮凝，并且將其在Buchner漏斗中過(guò)濾。將濾餅在微波爐中干燥。
所獲得的產(chǎn)物的亮度為91.5％，回收率為52.7％。實(shí)施例5B重復(fù)實(shí)施例5A，將純堿作為第三種成分(與硅酸鈉和聚丙烯酸鈉一起)加入。該試驗(yàn)工藝的其它過(guò)程與實(shí)施例5A的相同。所獲得的產(chǎn)物其亮度為91.6％，回收率為38.8％這些結(jié)果表明采用這三種成分，分散劑混合物不會(huì)影響亮度。但是可以看到較小的絮凝物并且確實(shí)對(duì)回收率具有明顯的影響。實(shí)施例6實(shí)施例6表示特別優(yōu)選的純堿預(yù)處理的方法，以使已經(jīng)陳化太長(zhǎng)時(shí)間的料漿獲得最佳的處理，從而進(jìn)行所需的提純。
在工廠混合機(jī)中，將東喬治亞高嶺土原料以60％固體量與5磅/噸無(wú)水硅酸鈉和0.5磅/噸C-211(聚丙烯酸鈉)混合到pH9.3。通過(guò)在刮板盒中沉降，使分散的料漿去除粗顆粒。將所獲得的料漿稀釋成含40％固體。將這種料漿陳化一個(gè)月以上。在陳化過(guò)程中，該料漿的pH下降到8.0以下。加入更多的分散劑以保持pH為9.2。
將該料漿在與實(shí)施例2相同的條件下進(jìn)行處理。在加入聚合物時(shí)，整個(gè)料漿絮凝并且不會(huì)沉降。整個(gè)樣品成為粘稠物。
但是當(dāng)在象實(shí)施例2那樣在用氯化鈣與油酸進(jìn)行處理以前用5磅/噸純堿處理經(jīng)過(guò)陳化的部分料漿時(shí)，料漿對(duì)絮凝劑加入有反應(yīng)。在加入絮凝劑時(shí)，立即會(huì)出現(xiàn)有色絮凝物。對(duì)于用2.0磅/噸或更多純堿處理過(guò)的料漿來(lái)說(shuō)，當(dāng)攪拌停止時(shí)，絮凝物開始快速沉降。將該絮凝物沉降30分鐘。將分散的料漿潷析，將其與絮凝層分離。采用明礬和硫酸使分散的料漿絮凝，并且將其在Buchner漏斗中過(guò)濾。將濾餅在微波爐中干燥。產(chǎn)物的亮度為91.0％，回收率為50％。
權(quán)利要求
1．一種選擇性分離礦物顆?；旌衔镏屑?xì)分散的礦物顆粒的方法，它包括a)用硅酸鈉與聚丙烯酸鈉作為分散劑將所說(shuō)的混合物形成一種分散水基料漿；b)向所說(shuō)的分散水基料漿中加入脂肪酸和一種多價(jià)陽(yáng)離子源，除非料漿中的一種礦物提供了一種多價(jià)陽(yáng)離子，所說(shuō)的料漿不會(huì)絮凝；c)不向所說(shuō)的料漿中加入發(fā)泡劑，引入高分子量的有機(jī)陰離子聚合物，從而形成可以作為致密低層而沉降的絮凝物；以及d)將所說(shuō)的沉降層與料漿中其它的物質(zhì)分離，其改進(jìn)包括在步驟(a)之后和步驟(c)之前將純堿作為分散劑加入。
2．權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的硅酸鹽礦物是高嶺土粘土，純堿的用量為1-10磅/噸干高嶺土粘土。
3．權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其中絮凝的礦物包括有色氧化鈦。
4．權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的料漿中至少有50％重量的礦物顆粒是亞微米尺寸范圍內(nèi)的。
5．權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其中步驟(a)中所說(shuō)的分散劑是硅酸鈉。
6．權(quán)利要求5所說(shuō)的方法，其中聚丙烯酸鈉也在步驟(a)中加入。
7．權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其中聚丙烯酸鈉分散劑加入到來(lái)自步驟(d)的沉降層中，而后加入另外的聚合物。
8．權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其中聚丙烯酸鈉加入到來(lái)自步驟(d)的分散料漿中。
9．權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的脂肪酸是油酸。
10．權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的多價(jià)金屬鹽是氯化鈣。
11．權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的料漿在步驟(b)之后和步驟(c)之前被稀釋。
12．權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的聚合物是高度陰離子化的聚丙烯酰胺或丙烯酰胺的共聚物。
13．權(quán)利要求12所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的聚合物的分子量為5百萬(wàn)以上。
14．權(quán)利要求12所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的硅酸鹽礦物是高嶺土粘土，所說(shuō)的金屬氧化物礦物包括氧化鈦，所說(shuō)的分散劑包括硅酸鈉和聚丙烯酸鈉，所說(shuō)的脂肪酸是油酸，所說(shuō)的多價(jià)金屬鹽是氯化鈣，所說(shuō)的陰離子聚合物是聚丙烯酰胺。
15．權(quán)利要求14所說(shuō)的方法，其中硅酸鈉的用量為約5-10磅/噸，所說(shuō)的丙烯酸鈉的用量為約0.5-1.0磅/噸，所說(shuō)的油酸的用量為約2-8磅/噸，所說(shuō)的氯化鈣的用量為約1-5磅/噸，所說(shuō)的陰離子聚合物的用量為約0.1-1磅/噸。
16．權(quán)利要求14所說(shuō)的方法，其中步驟(a)中所說(shuō)的料漿是約60％固體，并且在步驟(b)之前稀釋到約40％固體，并且在步驟(c)之前進(jìn)一步稀釋到約20％固體。
17．權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的堿性碳酸鹽選自碳酸鈣、碳酸鎂和碳酸鎂/碳酸鈣，所說(shuō)的硅酸鹽礦物包括粘土。
18．權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的磷酸鹽礦物是磷灰石并且所說(shuō)的硅酸鹽礦物包括粘土。
19．一種選擇性分離含有有色氧化鈦雜質(zhì)顆粒的細(xì)礦化東喬治亞高嶺土原料中細(xì)分散的礦物顆粒的方法，它包括a)通過(guò)加入硅酸鈉與聚丙烯酸鈉，將所說(shuō)的原料粘土形成一種分散水基料漿；b)以1-7磅/噸所說(shuō)的高嶺土原料的量加入純堿；c)向所說(shuō)的分散水基料漿中加入油酸和氯化鈣，所說(shuō)的料漿不會(huì)絮凝；d)不向所說(shuō)的料漿中加入發(fā)泡劑，引入高電荷密度的陰離子聚丙烯酰胺，從而形成可以作為致密低層而沉降的絮凝物；以及e)將所說(shuō)的沉降層與作為提純高嶺土分散液的料漿中其它的物質(zhì)分離。
20．權(quán)利要求18所說(shuō)的方法，其中將硅酸鹽分散劑加入到來(lái)自步驟(e)的沉降層中，而后加入另外的聚合物。
21．權(quán)利要求18所說(shuō)的方法，其中將聚丙烯酸鈉分散劑加入到來(lái)自步驟(e)的提純高嶺土分散液中。
22．權(quán)利要求19所說(shuō)的方法，其中在步驟(a)中，將所說(shuō)的料漿陳化，而后在步驟(b)中加入純堿，加入純堿可以提高提純高嶺土的回收率。
23．權(quán)利要求19所說(shuō)的方法，其中通過(guò)將原料高嶺土粘土在含有硅酸鈉的循環(huán)水中混合而獲得在步驟(a)中形成的料漿，并且在步驟(b)中加入純堿提高了提純高嶺土的回收率。
全文摘要
一種選擇性絮凝工藝,它在用脂肪酸、鹽而后是聚合物絮凝劑進(jìn)行處理之前,采用包含純堿的分散劑混合物來(lái)分散泥狀礦物料漿。
文檔編號(hào)B03D3/06GK1210477SQ97192085
公開日1999年3月10日 申請(qǐng)日期1997年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月5日
發(fā)明者D·L·威廉姆斯, G·E·甘特, S·貝爾, M·J·威利斯 申請(qǐng)人:恩格爾哈德公司