在含甘油的添加剂存在下矿物材料的分级方法、获得的产品以及它们的用途

申请号 CN201080061708.8 申请日 2010-12-01 公开(公告)号 CN102712818B 公开(公告)日 2014-04-23
申请人 OMYA国际股份公司; 发明人 P·A·C·加尼; M·布里;
摘要 本 发明 涉及矿物材料的分级方法,该方法使用含有甘油和/或至少一种聚甘油的分级辅助添加剂,并且使得可以与不含添加剂的空气分级相比使用更少的比分级能或者提高空气分级效 力 ,同时获得与在含 水 介质中的使用相容的经分级的矿物材料。本发明还涉及得到的产品在涂料、塑料、食品和 饲料 、药物制剂、纸浆和纸涂层中的用途。
权利要求

1.矿物材料的分级方法,其特征在于所述方法实施下列步骤:
a)提供至少一种矿物材料,该矿物材料包含白石或滑石或二或氧化高岭土或它们的混合物;
b)提供至少一种分级辅助添加剂
(i)该添加剂由含形式或纯净形式的甘油组成,或者
(ii)该添加剂由甘油与一种或多种下列试剂组成:乙二醇、单丙二醇、三乙二醇、无机酸或无机酸盐、甲酸甲酸盐、有机多酸或有机多酸盐、烷醇胺、聚乙烯亚胺,分子量在
200g/摩尔和20,000g/摩尔之间的聚亚烷基二醇聚合物,具有等于或小于该矿物材料的模式半径的回转半径均方根的碳水化合物,一种或多种聚甘油,其中所述的一种或多种试剂为含水形式或纯净形式,或者
(iii)该添加剂在不存在甘油的情况下包含一种或多种聚甘油,
c)在一个或多个干研磨步骤和/或干掺混步骤中,分一次或多次使来自步骤a)的矿物材料与步骤b)的分级辅助添加剂接触
d)在气体环境中进行步骤c)中获得的矿物材料的至少一个分级步骤,以获得不同平均颗粒尺寸的至少两个颗粒级份,其中所述分级步骤为在空气分级器中进行的空气分级;
e)任选地在由步骤d)得到的经分级的矿物材料的全部或一部分上重复步骤c)和/或d)。
2.根据权利要求1的方法,其中步骤b)的(ii)中的有机多酸或有机多酸盐为柠檬酸或柠檬酸盐。
3.根据权利要求1的方法,其中步骤b)的(ii)中的聚亚烷基二醇聚合物的分子量在
600g/摩尔和6,000g/摩尔之间。
4.根据权利要求1的方法,其特征在于在步骤d)中获得的所述颗粒级份的平均颗粒尺寸彼此相差至少0.1μm。
5.根据权利要求1的方法,其特征在于当在步骤d)中获得级份时,所述级份的平均颗粒尺寸具有1:1.05至1:150的比率。
6.根据权利要求3的方法,其特征在于当在步骤d)中获得级份时,所述级份的平均颗粒尺寸具有1:1.05至1:150的比率。
7.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于所述添加剂由纯净形式的甘油或者由水和甘油组成。
8.根据权利要求7的方法,其特征在于当所述添加剂由水和甘油组成时,相对于它们的总重量,添加剂含有25%至95%重量的甘油,余量由水组成。
9.根据权利要求7的方法,其特征在于当所述添加剂由水和甘油组成时,相对于它们的总重量,添加剂含有45%至90%重量的甘油,余量由水组成。
10.根据权利要求7的方法,其特征在于当所述添加剂由水和甘油组成时,相对于它们的总重量,添加剂含有75%至85%重量的甘油,余量由水组成。
11.根据权利要求1和3至6之一的方法,其特征在于所述添加剂由甘油与一种或多种下列试剂组成:乙二醇、单丙二醇、三乙二醇、无机酸或无机酸盐、甲酸或甲酸盐、有机多酸或有机多酸盐、烷醇胺、聚乙烯亚胺,分子量在200g/摩尔和20,000g/摩尔之间的聚亚烷基二醇聚合物,具有等于或小于该矿物材料的模式半径的回转半径均方根的碳水化合物,一种或多种聚甘油,其中所述的一种或多种试剂为含水形式或纯净形式。
12.根据权利要求11的方法,其中有机多酸或有机多酸盐为柠檬酸或柠檬酸盐。
13.根据权利要求11的方法,其中聚亚烷基二醇聚合物的分子量在600g/摩尔和
6,000g/摩尔之间。
14.根据权利要求11的方法,其特征在于所述无机酸为磷酸
15.根据权利要求11的方法,其特征在于所述无机酸盐为一、二或三元性盐。
16.根据权利要求11的方法,其特征在于所述无机酸盐为元素周期表第I或II族的阳离子的盐。
17.根据权利要求11的方法,其特征在于所述甲酸盐为一、二或三元碱性盐。
18.根据权利要求12的方法,其特征在于所述柠檬酸盐为一、二或三元碱性盐。
19.根据权利要求11的方法,其特征在于所述甲酸盐为元素周期表第I或II族的阳离子的盐。
20.根据权利要求12的方法,其特征在于所述柠檬酸盐为元素周期表第I或II族的阳离子的盐。
21.根据权利要求11的方法,其特征在于所述有机多酸具有式COOH-(CH2)n-COOH,其中n为具有0至7之间包含端点的值的整数,或者是式COOH-(CH2)n-COOH的有机多酸的一或二元盐,其中n等于具有0至7之间包含端点的值的整数,或者是一种或多种下列单体的聚合物型有机多酸,所述单体为酸形式或者为被元素周期表第I或II族的一种或多种阳离子部分或完全中和的形式,所述单体为:丙烯酸、甲基丙烯酸、来酸或衣康酸。
22.根据权利要求21的方法,其中所述单体为草酸、庚二酸或己二酸
23.根据权利要求11的方法,其特征在于所述烷醇胺选自2-基-2-甲基-1-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-异丙醇胺,它们是中和的或未中和的。
24.根据权利要求11的方法,其特征在于所述烷醇胺选自2-氨基-2-甲基-1-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-异丙醇胺的根据权利要求19或20通过有机多酸盐或甲酸盐中和的形式。
25.根据权利要求24的方法,其中有机多酸盐为柠檬酸盐。
26.根据权利要求11的方法,其特征在于所述聚亚烷基二醇聚合物为聚乙二醇、聚丙二醇或者无规的或嵌段的乙二醇-丙二醇共聚物。
27.根据权利要求11的方法,其特征在于所述具有等于或小于该矿物材料的模式半径的回转半径均方根的碳水化合物为葡萄糖、果糖、蔗糖淀粉纤维素。
28.根据权利要求11的方法,其特征在于所述具有等于或小于该矿物材料的模式半径的回转半径均方根的碳水化合物为蔗糖。
29.根据权利要求11的方法,其特征在于该一种或多种聚甘油选自二聚甘油、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们的混合物。
30.根据权利要求11的方法,其特征在于该一种或多种聚甘油选自二聚甘油和三聚甘油。
31.根据权利要求11的方法,其特征在于所述添加剂含有20%至95%重量的甘油、1%至50%重量的所述试剂和0%至65%重量的水,相对于它们的总重量,其中在每种情况下甘油、所述试剂和水的重量百分比之和等于100%。
32.根据权利要求11的方法,其特征在于所述添加剂含有30%至90%重量的甘油、10%至45%重量的所述试剂和0%至60%重量的水,相对于它们的总重量,其中在每种情况下甘油、所述试剂和水的重量百分比之和等于100%。
33.根据权利要求11的方法,其特征在于所述添加剂含有35%至75%重量的甘油、30%至40%重量的所述试剂和5%至50%重量的水,相对于它们的总重量,其中在每种情况下甘油、所述试剂和水的重量百分比之和等于100%。
34.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于所述添加剂在不存在甘油的情况下包含一种或多种聚甘油。
35.根据权利要求34的方法,其特征在于该一种或多种聚甘油选自二聚甘油、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们的混合物。
36.根据权利要求34的方法,其特征在于该一种或多种聚甘油选自二聚甘油和三聚甘油。
37.根据权利要求34的方法,其特征在于所述添加剂由纯净形式的一种或多种聚甘油组成。
38.根据权利要求34的方法,其特征在于所述添加剂由水和一种或多种聚甘油组成。
39.根据权利要求38的方法,其特征在于相对于它们的总重量,所述添加剂含有25%至
95%重量的聚甘油,余量由水组成。
40.根据权利要求38的方法,其特征在于相对于它们的总重量,所述添加剂含有45%至
90%重量的聚甘油,余量由水组成。
41.根据权利要求38的方法,其特征在于相对于它们的总重量,所述添加剂含有75%至
85%重量的聚甘油,余量由水组成。
42.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于相对于所述矿物材料的干重量,使用
100至5,000ppm的甘油或聚甘油。
43.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于相对于所述矿物材料的干重量,使用
500至3,000ppm的甘油或聚甘油。
44.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于对于每平方米的矿物材料使用0.1至
1mg总的干当量的所述甘油或所述聚甘油以及所有任选的试剂。
45.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于对于每平方米的矿物材料使用0.2至
0.6mg总的干当量的所述甘油或所述聚甘油以及所有任选的试剂。
46.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于在供应于步骤d)中的空气分级器时,TM
所述矿物材料具有通过Sedigraph 5100测量的0.5至500μm的平均直径。
47.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于在供应于步骤d)中的空气分级器时,TM
所述矿物材料具有通过Sedigraph 5100测量的1μm至45μm的平均直径。
48.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于在供应于步骤d)中的空气分级器时,TM
所述矿物材料具有通过Sedigraph 5100测量的1μm至10μm的平均直径。
49.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于在供应于步骤d)中的空气分级器时,TM
所述矿物材料具有通过Sedigraph 5100测量的5%至90%的直径小于2μm的颗粒的重量百分比。
50.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于在供应于步骤d)中的空气分级器时,TM
所述矿物材料具有通过Sedigraph 5100测量的10%至60%的直径小于2μm的颗粒的重量百分比。
51.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于步骤a)的所述矿物材料为碳酸钙。
52.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于步骤a)的所述矿物材料为天然碳酸钙。
53.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于步骤d)的空气分级是通过筛和/或旋分离器的分级。
54.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于步骤d)包含串联或并联实施的至少两个分级步骤。
55.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于步骤d)包含串联或并联实施的三至十个分级步骤。
56.根据权利要求1至6之一的方法,其特征在于它是连续方法。

说明书全文

在含甘油的添加剂存在下矿物材料的分级方法、获得的产

品以及它们的用途

技术领域

[0001] 矿业是化学产品的大的消费者。它们用于矿物材料所经受的各种转变/改性/处理步骤中。根据颗粒尺寸进行的矿物材料的分级步骤由于其多种用途而构成这些步骤之一,该分级步骤部分地取决于矿物材料在气体介质中的分散程度,并且其中天然代表一个特定的例子。

背景技术

[0002] 负责在空气分级器中实施矿物材料的分级步骤的本领域技术人员明白,无效的分级显著降低其整个方法的生产率。尤其是,当待分级的颗粒为微米级的精细颗粒时,这些颗粒往往在空气所代表的疏环境中结合,从而形成团聚体。存在这样的险:这样的团聚体和与该团聚体尺寸相当的颗粒分级,而不是和与形成团聚体的初级粒子尺寸相当的颗粒分级。因此,本领域技术人员仍然在寻找添加剂,该添加剂可以提高分级效能,尤其是通过防止团聚现象,同时允许在多种环境例如亲水环境中使用经分级的产品。 [0003] US 6,139,960引用了制造飞灰的方法,包括在空气分级器中分级的步骤,其中能够将平均直径在0.1和5微米之间的精细飞灰用烷、硬脂酸盐、酸盐、酸盐或锆酸盐预处理。
[0004] 这样的添加剂赋予疏水性,它们对于寻找如下添加剂的本领域技术人员而言不是解决方案:该添加剂允许在分级步骤以后在含水环境中使用经分级的材料。 [0005] 此 外, 在 Sabine Niedballa 的 论 文“Dispergierung von feinen Partikelfraktionen in -Einfluss von Dispergierbeanspruchungund ”(1999, für
Maschinenbau,Verfahrens-und Energietechnik der Technischen
Bergakademie Freiberg)中,指出在具有 小于1微米的直径的初级粒子的情况下,脂肪酸类型的添加剂不影响精细碳酸钙颗粒在空气中的分散程度。
发明内容
[0006] 面对该问题,出人意料地,本申请人已找到矿物材料的分级方法,该方法满足本领域技术人员的这些多种要求,即提高空气分级的效能,或者要求相对于没有添加剂的空气分级降低的比分级能(énergie de classification spécifique),同时获得与含水介质中的应用相容的经分级的矿物材料。
[0007] 该方法在于矿物材料的分级方法,其特征在于所述方法实施下列步骤: [0008] a)提供至少一种矿物材料,该矿物材料包含白石或滑石或二化钛或氧化铝或高岭土或碳酸钙或它们的混合物;
[0009] b)提供至少一种含水形式或纯净形式的分级辅助添加剂,其包含甘油和/或至少一种聚甘油;
[0010] c)在一个或多个干研磨步骤和/或干掺混步骤中,分一次或多次使来自步骤a)的矿物材料与步骤b)的分级辅助添加剂接触
[0011] d)在气体环境中进行步骤c)中获得的矿物材料的至少一个干分级步骤,以获得不同平均颗粒尺寸的至少两个颗粒级份;
[0012] e)任选地在由步骤d)得到的经分级的矿物材料的全部或一部分上重复步骤c)和/或d)。
[0013] 比分级能指的是将一吨的干碳酸钙分级所需的以kWh表示的能量的总量。 [0014] 已知甘油是研磨添加剂,如Mathieu Skrzypczak(Ecole Centrale de Lyon,2009)的标题为“Understanding of the physical and chemical mechanisms occurring during dry grinding of calcium carbonate in the presence of a grinding agent”的论文中所公开。然而,如以下实例中所示,揭示了通常用于矿业中的研磨剂(例如聚乙二醇(PEG))导致无效的分级。此外,该论文指出0至10μm的精细颗粒在甘油存在下的干研磨是无效的(根据图IV-4),这也向本领域技术人员表明在甘油和精细颗粒之间几乎不存在相互作用。因此,没有导致负责选择分级助剂的本领域技术人员从研磨助剂中、尤其是从无效的研磨助剂中寻找解决方案。
[0015] 本发明的第一个目标在于矿物材料的分级方法,其特征在于所述方法实施下列步骤:
[0016] a)提供至少一种矿物材料,该矿物材料包含白云石或滑石或二氧化钛或氧化铝或高岭土或碳酸钙或它们的混合物;
[0017] b)提供至少一种分级辅助添加剂
[0018] (i)该添加剂由含水形式或纯净形式的甘油组成,或者
[0019] (ii)该添加剂由甘油与一种或多种下列试剂组成:乙二醇、单丙二醇、三乙二醇、无机酸或无机酸盐、甲酸柠檬酸或者甲酸盐或柠檬酸盐、有机多酸或有机多酸盐、烷醇胺、聚乙烯亚胺,分子量在200g/摩尔和20,000g/摩尔之间、优选地在600g/摩尔和6,000g/摩尔之间的聚亚烷基二醇聚合物,具有等于或小于该矿物材料的模式半径(rayon modal)的回转半径均方根的碳水化合物,一种或多种聚甘油,其中所述的一种或多种试剂为含水形式或纯净形式,或者
[0020] (iii)该添加剂在不存在甘油的情况下包含一种或多种聚甘油。 [0021] c)在一个或多个干研磨步骤和/或干掺混步骤中,分一次或多次使来自步骤a)的矿物材料与步骤b)的分级辅助添加剂接触;
[0022] d)在气体环境中进行步骤c)中获得的矿物材料的至少一个分级步骤,以获得不同平均颗粒尺寸的至少两个颗粒级份;
[0023] e)任选地在由步骤d)得到的经分级的矿物材料的全部或一部分上重复步骤c)和/或d)。
[0024] 在一种优选的方案中,该方法的特征在于在步骤d)中获得的所述颗粒级份的平均颗粒尺寸彼此相差至少0.1μm。
[0025] 在另一种优选的方案中,该方法的特征在于当在步骤d)中获得级份时,所述级份的平均颗粒尺寸具有1:1.05至1:150并且优选1:1.1至1:1.15的比率。
[0026] 根据添加剂的形式和种类,该方法可以分为6种方案:
[0027] -第一种方案:纯净形式的甘油
[0028] -第二种方案:含水制剂形式的甘油
[0029] -第三种方案:甘油与第(ii)点中所述的至少一种化合物组合,其为含水形式或纯净形式
[0030] -第四种方案:至少一种聚甘油
[0031] -第五种方案:纯净形式的至少一种聚甘油
[0032] -第六种方案:含水制剂形式的至少一种聚甘油。
[0033] 根据该第一种方案,所述添加剂由纯净形式的甘油组成。
[0034] 在第二种方案中,所述添加剂由水和甘油组成。根据该第二种方案,当所述添加剂由水和甘油组成时,相对于它们的总重量,添加剂含有优选25%至95%、更优选45%至90%、非常优选75%至85%重量的甘油,余量由水组成。
[0035] 在第三种方案中,所述添加剂由甘油与一种或多种下列试剂组成:乙二醇、单丙二醇、三乙二醇、无机酸或无机酸盐、甲酸或柠檬酸或者甲酸盐或柠檬酸盐、有机多酸或有机多酸盐、烷醇胺、聚乙烯亚胺,分子量在200g/摩尔和20,000g/摩尔之间、优选地在600g/摩尔和6,000g/摩尔之间的聚亚烷基二醇聚合物,具有等于或小于该矿物材料的模式半径的回转半径均方根的碳水化合物,一种或多种聚甘油,其中所述的一种或多种试剂为含水形式或纯净形式。
[0036] 根据该第三种方案,所述无机酸优选为磷酸
[0037] 根据该第三种方案,所述无机酸盐优选为一、二或三元性盐(sel mono-,di-ou tri-alcalin),并且优选为元素周期表第I或II族的阳离子的盐。
[0038] 根据该第三种方案,所述甲酸盐或柠檬酸盐优选为一、二或三元碱性盐,并且更优选为元素周期表第I或II族的阳离子的盐。
[0039] 根据该第三种方案,所述有机多酸优选具有式COOH-(CH2)n-COOH,其中n为具有0至7之间(包含端点)的值的整数,或者是式COOH-(CH2)n-COOH的有机多酸的一或二元盐,其中n等于具有0至7之间(包含端点)的值的整数,或者是一种或多种下列单体的聚合物型有机多酸,该单体为酸形式或者为被元素周期表第I或II族的一种或多种阳离子部分或完全中和的形式,所述单体为:丙烯酸、甲基丙烯酸、来酸或衣康酸,并且优选为草酸、庚二酸或己二酸
[0040] 根据该第三种方案,所述烷醇胺优选选自2-基-2-甲基-1-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-异丙醇胺,它们是中和的或未中和的,并且更优选地选自它们的通过根据权利要求10的有机多酸盐或甲酸盐或柠檬酸盐中和的形式。
[0041] 根据该第三种方案,所述聚亚烷基二醇聚合物优选为聚乙二醇、聚丙 二醇或者无规的或嵌段的乙二醇-丙二醇共聚物。
[0042] 根据该第三种方案,所述具有等于或小于该矿物材料的模式半径的回转半径均方根的碳水化合物优选为葡萄糖、果糖、蔗糖淀粉纤维素,并且更优选为蔗糖。 [0043] 根据该第三种方案,该一种或多种聚甘油优选选自二聚甘油、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们的混合物,更优选选自二聚甘油和三聚甘油。
[0044] 根据该第三种方案,所述添加剂优选含有20%至95%重量的甘油、1%至50%重量的所述试剂和0%至65%重量的水,更优选30%至90%重量的甘油、10%至45%重量的所述试剂和0%至60%重量的水,并且非常优选35%至75%重量的甘油、30%至40%重量的所述试剂和5%至50%重量的水,相对于它们的总重量,其中在每种情况下甘油、所述试剂和水的重量百分比之和等于100%。
[0045] 在第四种方案中,所述添加剂在不存在甘油的情况下包含一种或多种聚甘油。 [0046] 该聚甘油或这些聚甘油优选选自二聚甘油、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们的混合物,更优选选自二聚甘油和三聚甘油。
[0047] 在第五种方案中,所述添加剂由纯净形式的一种或多种聚甘油组成。 [0048] 在第六种方案中,所述添加剂由水和一种或多种聚甘油组成。根据该第六种方案,相对于它们的总重量,所述添加剂优选含有25%至95%、更优选45%至90%并且非常优选75%至85%重量的聚甘油,余量由水组成。
[0049] 在本发明的方法中,相对于所述矿物材料的干重量,优选使用100至5,000ppm、更优选500至3,000ppm的甘油或聚甘油。
[0050] 在根据本发明的方法的另一种方案中,优选每m2的矿物材料使用0.1至1mg、更优选0.2至0.6mg(总的干当量)的所述甘油或所述聚甘油以及每一种任选的试剂。 [0051] 在供应于步骤d)中的空气分级器时,本发明方法中使用的所述矿物材料优选具有TM通过Sedigraph 5100测量的0.5至500μm、更优选1μm至45μm并且进一步优选1μm至10μm的平均直径。
[0052] 在供应于步骤d)中的空气分级器时,本发明方法中使用的所述矿物材 料优选具TM有通过Sedigraph 5100测量的5%至90%、更优选10%至60%的直径小于2μm的颗粒的重量百分比。
[0053] 步骤a)的所述矿物材料优选为碳酸钙,更优选为天然碳酸钙。 [0054] 根据本发明的方法的步骤d)的所述空气分级优选是通过筛和/或旋风分离器的分级。
[0055] 步骤d)可以包含串联或并联实施的至少两个分级步骤,并且优选包含三至十个分级步骤。
[0056] 本发明的方法优选是连续方法。
[0057] 本发明还在于通过本发明的方法获得的产品。这样的产品可以有利地用于涂料、塑料、用于人或动物的食品应用、药物制剂、纸浆或纸涂层中。

具体实施方式

[0058] 实施例
[0059] 实施例1
[0060] 该实施例涉及天然碳酸钙的空气分级,该天然碳酸钙是Carrare大理石。在预先的研磨步骤中使用表2中所记载的添加剂。
[0061] 通过在锤磨机中预研磨而获得的、进料到研磨机中的初始碳酸钙的颗粒尺寸分布给于表1中。
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