分离细分散的矿物混合物的方法

专利名称：分离细分散的矿物混合物的方法
USSN 08/350913涉及一种用于将细分散的矿物混合物分离成其具体成分的方法。更进一步地说，本发明涉及一种通过一种新型选择性促凝技术进行这种分离的方法，其中将含有矿物混合物的分散水基料浆通过加入脂肪酸，如油酸，和一种多价金属阳离子，如氯化钙与一种阴离子聚合物进行选择性絮凝。该脂肪酸和多价金属阳离子选择性地覆盖该组合物中的成分，随后该成分与该阴离子聚合物发生絮凝。优选地用于本方法中的是阴离子聚合物盐的分散剂。本发明特别适用于由高岭土粘土中分离有色杂质。
根据本发明，通过用纯碱处理分散的料浆可以提高这种工艺的优点。
当矿物或粉末混合物中的颗粒足够大，如大于325(美国)目时，该混合物中的成分就可以仅仅通过物理手段，如空气或磁力分离过程而分离。当该组合物中的颗粒细小时，就需要更加复杂的技术来进行有效的分离。常规的方法是通过将混合物制成一种水基料浆并且向其中加入可以引起所需的分离的化学试剂，从而将细分散的矿物，如比325目(美国筛)更细的颗粒分离。另一种广泛使用的方法是泡沫浮选法。在将磷酸盐或氧化矿物由硅质脉石中泡沫浮选时，常规的作法是采用一种脂肪酸捕获剂和一种盐促进剂。被捕获剂涂覆的矿物颗粒以泡沫形式由脉石中分离。通常采用起沫剂并曝气。当将泡沫浮选法用于极细分散的(泥状的)矿物，如某些高岭土粘土时，采用脂肪酸捕获剂将粘土中的有色杂质泡沫浮选就变得很困难，并且需要采用粘土分散剂以使该粘土颗粒在泡沫浮选过程中保持分散。在Green等人的美国专利2990958中描述了泥浆状矿物的浮选优点，特别是从细颗粒大小的高岭土中浮选有色含钛杂质的优点。这种工艺在本领域中通常称为超级浮选。超级浮选已经在大规模上进行了几十年以提高高岭土粘土品位。该方法已经延伸到其它工业上有价值的矿物，如锡石(氧化锡)，磷酸盐泥、氟化物和其它无硫化物矿物。另一种工业高岭土浮选工艺称为TREP，该工艺采用氯化钙和油酸，参见Bacon等人的美国专利4472271。在含有大量泥浆的高岭土粘土情况下。常规的泡沫浮选技术不能将有色物质除去。
所说的“选择性絮凝法”是另一种工业上广泛用来分离细分散的矿物和粉末的方法。对于粘土来说，某些工艺采用阴离子聚合物来选择性絮凝粘土，留下分散的杂质并且进行后续分离。选择性絮凝的几种工业变化方式采用弱阴离子化的聚合物，如水解的了聚丙烯酰胺来选择性絮凝粘土中的杂质，留下分散的经过提纯的粘土。例如参见Sherida的美国专利3837482、Mercade的美国专利3701417和3862027、Maynald等人的美国专利3371988和Shi的美国专利4604369。
早先在泡沫浮选的历史中，已经提出将阴离子聚合絮凝剂加入到已经用脂肪酸捕获剂处理过的矿物料浆中。而后进行泡沫浮选以进行分离，参见Woolery的美国专利3138550。
为了将絮凝剂选择性吸附在混合物的特定成分上，在下列文献中提出了多种方法(Yu和Attia,“Flocculation in Biotechnology andSeparation Systems,”(Y.A.Attia编辑),p.601,Elsevier,Amsterdam,1987,；Behl,S.和Moudgil,B.M.，矿物和冶金工艺，5,92,1992和，Behl,S.和Moudgil,B.M.，胶体与界面科学杂志(美)，160,1993)。其中一种方法包括选择性地堵塞惰性或非絮凝成分上的活性位置，以吸附该聚合絮凝剂。这一点可以通过在将颗粒表面向该絮凝剂暴露之前吸附作为分散剂和/或位置堵塞剂的絮凝剂中的低分子量部分而实现。
泡沫浮选法和选择性絮凝法均存在缺陷，特别是当用于泥浆矿物时。当泡沫浮选其中大部分物质是亚微米大小范围的高岭土粘土时，即使是超级浮选也不能在使纯高岭土获得了合适的回收的基础上使高岭石中的有色物质达到工艺上适用水平的分离。当采用GREP来以工业规模处理超细粘土时，也会出现类似的困难。另一方面采用阴离子聚合物的选择性絮凝工艺通常会导致沉降速度非常低的絮凝物，除非采用大量的盐来促使絮凝物沉降。由于盐伴随着粘土的存在将会对粘土的流变性产生不利的影响，这就需要花费更多的钱来进行多次冲洗步骤。
USSN 08/350913涉及一种新的用于分离细分散固体混合物的方法，该方法与已知的泡沫浮选法和选择性絮凝法存在明显的不同。这种方法克服了现有技术的泡沫浮选法和选择性絮凝分离法的许多缺陷，并且当用于高岭土粘土时提供了用于产生新型高岭土颜料产物的手段。该方法采用选择性絮凝在先前分散的矿物水基料浆中的成分，优选地是用硅酸钠和聚丙烯酸钠分散的料浆。该料浆被分散成其颗粒不会相互结块。该分散料浆经过预处理，从而通过加入脂肪酸和多价金属阳离子的水溶性源而进行选择性絮凝。脂肪酸和多价金属阳离子的量不足以使分散料浆中的成分絮凝。当将阴离子聚合物加入到经过预处理的分散料浆中时，立刻会形成致密的絮凝相并且作为致密的粘性胶状底层而快速沉降；上层是含有未絮凝的矿物颗粒的分散液浆。该絮凝相中还含有所有加入到料浆中的脂肪酸和多价阳离子。通过滗析或其它常规单元操作可以很容易地将较低密度的胶状层与其余的料浆分离。该料浆不象Woolery(上文)中所说的那样在导入脂肪酸和聚合物之后进行泡沫浮选；也不是采用泡沫浮选来将低絮凝相与上层分散相分离。
在与硅酸钠和聚丙烯酸钠的混合物混合以后，可以用纯碱对原料进行处理，也可以与纯碱、硅酸钠和聚丙烯酸钠三种成分的混合物混合。在这两种情况下，都必须在处理步骤之前加入纯碱。可以看到在该工艺中采用纯碱可获得具有良好的亮度的产物。
将纯碱加入到预处理步骤中改变了絮凝物的特性(在加入絮凝剂时形成的絮凝物)。絮凝物的尺寸对该工艺具有明显的影响。小而致密的絮凝物是人们需要的，因为它们包含少量的粘土或分散的料浆，从而有助于改进回收率。增加纯碱的量会形成更加致密的絮凝物。另一方面絮凝物的尺寸还受到聚丙烯酸钠加入量的控制。但是，加入过量的纯碱会使粘土凝结，从而影响处理步骤。另外，已经知道纯碱是一种缓冲剂，因此加入它会有助于控制分散，特别是在高碱性溶液中(苛性碱/硅酸盐溶液中多见)。高pH值的溶液将会对用于选择性絮凝的絮凝物的特性产生不利影响，因为它们会使悬浮液过分分散。
在优选的实施方案中，本发明采用含有至少一种有色含钛杂质的分散颗粒和高岭土的不纯高岭土粘土来实施并且该杂质是如此的细以至于它们不能对常规的泡沫浮选法，如超级浮选或TREP产生令人满意的反应。根据本发明，用于提纯这种高岭土的分散剂优选地是用聚丙烯酸钠和纯碱补充的硅酸钠。这种超细高岭土的例子是在美国的东乔治亚开采的；这种粘土的平均颗粒尺寸低于0.5微米并且可以通过采用弱阴离子聚合物进行选择性絮凝，而后加入大量盐以促使絮凝物沉降并且多次冲洗步骤来进行处理。
我们相信本发明在处理非常细分散的矿物混合物时具有明显的突破，它比目前使用的技术具有明显的经济效益。举例来说，无需泡沫浮选就可以获得亮度很高的高岭土产物(90％GE亮度或更高)。在某些情况下，可以无需经过常规的用来增加亮度的后处理工艺，例如漂白和磁性分离获得高亮度的高岭土产物。这一点可以通过下列事实来说明，即我们的工艺可以使有色杂质的量明显降低，从而无需经过常规的后处理过程而产生具有所需亮度的高岭土产物。在某些情况下，由于在沉降的絮凝杂质层中可以除去粗颗粒，因此可以省去初始的除粗粒步骤(在绝大多数高岭土处理工艺中是必须的)。本发明的方法没有引入在现有的选择性絮凝工艺中引入的不可溶的盐。由于省去了多次冲洗步骤，故使高岭土处理工艺的成本大下降。事实上，在高岭土原料中存在的或在处理工艺中引入的多价金属阳离子可以基本上定量地从絮凝层中除去，因而不会对纯高岭土的流变性能产生不利的影响。经过处理的高岭土产物具有明显好的流变性能。
本方法可以从高岭土中除去氧化钛(金红石和锐钛矿及其混合物)，即使是当氧化钛和高岭土是非常细的颗粒形式。该方法还可以从其它硅酸盐中分离其它非硫化物矿物。它可以用来分离某些含铁硫化物，如黄铁矿。本发明的方法可以用来在磷酸盐矿物、精选矿和预选矿石中从硅酸盐矿物中除去磷灰石(磷酸钙)，即使当加入的原料是泥状的。该方法可以用来在矿石、精选矿和预选矿石中从硅酸盐脉石中分出泥状的锡石(氧化锡)、氧化铁、硅灰石、碱土金属碳酸盐如白云石、石灰石和菱镁矿。可以由硅酸盐脉石中分离出天然存在的含有碱土金属离子的沸石，如菱沸石。存在于各种硅酸盐脉石中的矿物的例子是长石、蒙脱石粘土、细石英、磷粘土和高岭土。硅酸盐物质在这些分离过程中保持在分散相中。本发明的方法还可以用来精选钛铁矿、镍矿、锐钛矿和铝土矿。通常，利用本发明的方法可以将任何一种可以通过脂肪酸与多价阳离子促进剂的组合而选择性泡沫浮选的被捕获剂涂覆的矿物作为胶状絮凝低层而分离。
该方法适用于分离所有或大部分比325目(美国筛)更细的物质。粗粒定义为+325目(美国筛)颗粒，即留在325目筛上的颗粒可以在该方法之前或在该方法中从加料中除去。本发明在分离超细的矿物，如其中至少50％重量的颗粒是亚微米尺寸范围的矿物方面具有最显著的商业价值。将该方法用于如此细的矿物混合物表示可以使成本获得最明显的降低。这一点可以通过下列事实来说明，即可以省去费钱的预或后处理常规步骤或者它们可以更简单地进行。
下面将更详细地描述用于处理来自东乔治亚，美国的超细高岭土的本发明。有色杂质主要是氧化钛(金红石和锐钛矿)。典型的氧化钛(TiO2)分析量基于开采的去除粗粒的粘土的干重为2.0-4.5％重量。但是采用氧化钛分析量为0.6-6.0％的粘土原料已经能使亮度获得可以接受的改进。典型地，部分铁位于高岭土晶体的结构晶格中。铁以少量存在，例如基于去除粗粒的粘土的干重为1.0％重量以下的三氧化二铁。这些粘土对氧化或还原性漂白具有较低的反应并且不能对已知的浮选工艺产生令人满意的反应。
典型的东乔治亚原料粘土的颗粒尺寸在80％比2微米细到95％以上比2微米e.s.d.(当量球直径)细之间变化。至少50％重量通常比0.4微米细e.s.d.。因此这些粘土落在泥状矿物的一般定义范围内，正象在泡沫浮选技术中所使用的那样。
东乔治亚粘土由于其杰出的高剪切流变性而变的对造纸工业越来越重要并且作为与碳酸盐相匹配的助颜料。二氧化钛杂质的除去改进了粘土的亮度和暗色(较少的黄色)从而产生更加匹配的碳酸盐助颜料。
优选的用于实施本发明的主要分散剂是硅酸钠。我们已经发现通过将氢氧化钠与硅酸钠溶液，如N牌硅酸钠所获得的组合物其氧化钠与二氧化硅之比与硅酸钠相同，这种组合物不能导致与用硅酸钠从东乔治亚高岭土中除去大量的二氧化钛所获得的结果相同的结果。
硅酸钠主分散剂可以作为干料加入也可以作为在水中的溶液加入。当作为溶液加入时，硅酸盐的浓度不重要。基于干粘土重量，采用3-9磅/吨，优选地为6磅以上/吨硅酸钠(干重)，将主催化剂加入到含有5-70％固体，优选地为50％以上固体的粘土中。过量的硅酸钠会使悬浮液凝结，这就会对选择性絮凝工艺产生不利的影响。当加入量不足时，该料浆将不分散，这将会对絮凝剂的选择性吸附产生不利的影响。
可以向先前用0.1-0.8磅/吨硅酸钠(基于粘土的干重)分散的料浆中加入可溶于水的聚丙烯酸钠或聚丙烯酸铵分散剂，如C-211聚丙烯酸钠，从而确保粘土在整个操作过程中处于分散状态。聚丙烯酸盐分散剂的典型分子量可以在2000-20000之间。该丙烯酸盐分散剂是高回收纯粘土所必须的。用于本发明的目的适当分散的料浆的较好粘度为采用在Brookfield粘度计中的2号心轴测定、在20转/分钟下为600CPS以下。加入硅酸钠之前的高岭土浆料的pH通常为5-7。在加入硅酸钠之后，该pH值通常为7-11，聚丙烯酸钠或铵通常对料浆的pH值没有影响。
在加入主分散剂和丙烯酸盐(助分散剂)以后，分散的高岭土料浆是一种稀流体，它具有乳液的外观。当保持安静时，基本上不会出现分层或絮凝物。如前所说，该料浆分散成使其颗粒不会结块。分散的程度可以不与分散至最小粘度的料浆(即流变分散的料浆)的相同。
根据本发明，经过处理的料浆用1-10磅纯碱/吨进行处理。所有的重量均是基于干重。在初级分散阶段可以以与硅酸钠或聚丙烯酸钠分散剂或与这两种物质的混合物形式采用相同数量的纯碱。纯碱可以与干料的形式或溶液的形式加入。通过采用纯碱作为“缓冲剂”，可以将原始粘土有效地混合在新鲜水或富含硅酸盐的回收的矿泉水中，参见实施例4。
用于该方法中对不纯的粘土(或其它加入的物质)进行预处理以进行选择性絮凝的脂肪酸可以是通常用于氧化物矿物泡沫浮选中的类型，例如C12-18脂肪酸。油酸是优选的。可以采用脂肪酸和树脂酸的混合物，例如牛油脂肪酸和磺化的脂肪酸的混合物。脂肪酸的量可以随高岭土中杂质的含量而变化(或其它矿物中可以用硫酸和多价阳离子覆盖的非硅酸盐矿物的相对含量)并且通常是在1-10磅，最常见的为3-5磅/吨(基于粘土干中)。当采用太多的脂肪酸时，就会在料浆的表面看到一层膜(或分开的相)，该膜包含细的有色结块、从而防止它们在絮凝之后发生沉降，当脂肪酸的用量不足时，该工艺的分离效果不太好。加入起沫剂是无益的。
可以在加入脂肪酸的同时或之前向料浆中加入含有多价金属阳离子的盐。当处理某一种矿石、预选矿石或含有提供料浆中的多价阳离子的固体的精选矿石时，可以不一定加入任何其它的多价阳离子源。合适的含有多价阳离子的盐在加入盐的料浆的pH值下可溶于水中。特别优选的是含有二价金属阳离子，特别是钙、镁和钡的盐。可以使用的其它多价金属阳离子包括铝、铁、锡、钛、锰和稀土元素。当处理粘土时，优选地应采用无色阳离子，如钙和镁。优选的盐中的阴离子是氯，虽然也可以采用硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐或甲酸盐。该盐可以作为干料加入或作为水溶液加入，盐的加入量通常为约0-4磅/吨，最优选地为2磅/吨干粘土。当采用过量的盐时，就会发生不合适的料浆非选择性地絮凝，这会干扰聚合物使氧化钛选择性絮凝的能力。另外，过量的盐(相对于脂肪酸来说)需要进行一次或多次冲洗步骤，这会使处理的成本大大增加。当不加入盐时，所形成的絮凝物非常小并且会对分离工艺产生不利影响。
用于该方法中的絮凝剂是高度阴离子化的，它是乙烯基丙烯酸、羧酸酐和羧酸盐单体与一种合适的非离子单体的均聚物或共聚物。非离子单体的例子是丙烯系羧酸酰胺和羧基烷基酯。丙烯酸(或其盐)与丙烯酰胺和共聚物是高岭土处理所优选的。由于该聚合物是高度阴离子化的，它主要由酸性丙烯基团组成。
成功用于该方法中的絮凝剂是丙烯酸钠和丙烯酰胺的高度阴离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过5百万。优选的聚合物在该共聚物中具有95％或更高的丙烯酸根(重量)并且其分子量为10-30百万，优选地为25百万。用于所附的实施例中的聚合物是由Sharpe Specialty Chemical Co.获得的并且包括SharpflocTM9990,9993,9950,9954和8581。这些聚合物的生产方法是专用性的。理论上，它们可以通过丙烯酰胺和丙烯酸(阴离子单体)的共聚合或者通过使聚丙烯酰胺部分水解而制得。
脂肪酸和盐通常加入到先前分散的含有10％-50％固体量的料浆中。当加入这些试剂时会发生极小的稀释，因此该料浆中的固体含量基本不变。料浆的pH值一般在加入脂肪酸和盐以后为6.5-10。
加入脂肪酸和盐之后的料浆中的固体通常为20-45，约40％是优选的。在加入脂肪酸和盐之后但在加入该聚合物之前，可以用水稀释该料浆，优选地适用具有较低矿物量的水。
该聚合物作为具有低于0.5％浓度(重量)的溶液加入。在较高的浓度下，絮凝的物质会由于混合限制而结块。在非常低的浓度下，加入的水量会非常大从而引起操作问题。在制备该聚合物溶液时，必须采用具有较低钙和镁含量的水。搅拌必须足以避免使聚合物发生降解同时它能溶解在水中。
在将该聚合物的溶液加入到用脂肪酸和金属预处理过的良好分散的料浆之后立刻可以看到有絮凝物产生。不一定要搅拌容器中的物质以形成絮凝物。但是搅拌，即使是严重的搅拌也不会影响絮凝物的形成。在安静或半安静的条件下放置几分钟以后，该絮凝物作为一种粘性胶状底层而沉降，该底层主要含有在起始粘土中的全部含钛矿物。对于东乔治亚高岭土来说，粘土中的铁含量基本保持不变。但是对于含有游离铁矿物的高岭土来说，铁浓缩在絮凝物中。除非该粘土在处理之前已经去除了粗颗粒，否则在处理高岭土原料时，粗颗粒将会保留在絮凝层中。下部的沉降层通常会呈暗褐色并且明显比含有纯粘土的分散的上层颜色深。料浆中的水大部分出现在上部富含粘土的层中。
在加入聚合物以后，经过处理的高岭土产物的流体分散液在圆筒罐、柱等中滗析，下部流体含有包含大于5微米的大颗粒的胶凝物质、包含有色物质的杂质以及其它一些矿物。还可以采用一些机械装置，如刮板盒或低剪切离心装置将胶凝絮凝物从分散的产物中分离出来。
滗析处理的后面一部分可以有多个机会使整个工艺产量达到最佳并且降低了残留在分散相中的残余杂质的量。这将会对所处理的产物的质量以及这种产品总的制造成本产生影响。
由于通过加入絮凝剂而施加到高岭土料浆上的高粘度，非常小的(甚至是凝胶)絮凝物会一直悬浮在分散的经过处理的高岭土产物中。这些絮凝物的结构中含有杂质的脂肪酸并且在一开始加入聚合物以后不能发生沉降。这些小絮凝物可以通过加入一种合适的分散剂如C-211(聚丙烯酸钠)而分散。
另一种处理这种少量絮凝物的方法是在以批量方式进行操作时将小的絮凝物留在筛网上。当以连续方式进行这种过程时，如果不经常用一种能够使絮凝物沉积的试剂来清洗筛网表面，那么筛网的阻塞就会成为一个严重的问题这种试剂可以是高压水或一种试剂。
利用HGMS(高阶梯式磁性分离器)可以使处理过和高岭土产品的纯度、物理性能和亮度获得进一步的提高，所说的HGMS具有大于2特斯拉，优选地为5特斯拉以下的磁场强度。另外位于矿物孔隙结构中的杂质可以通过在HGMS之前的“洗涤研磨”工艺步骤而除去。该单元操作不会使料浆的颗粒分布发生明显的变化。该工艺使裹入的未被一开始进行的本发明的工艺除去的杂质得以释放。
采用常规的还原漂白可以使亮度获得进一步的提高。可以采用连二亚硫酸盐化学试剂或者当场形成该试剂，并且公开在Willis等人的US5145814中。当对被有机杂质污染的粘土进行处理时，氧化漂白是有好处的。
本发明的方法可以用来降低已经通过如泡沫浮选法进行部分提纯的高岭土物质中有色杂质的含量。
在实验室试验中，可以在所有工艺阶段中采用简单的螺旋搅拌器。可以采用批量式操作，也可以采用连续式操作。在连续式操作中，可以在加入脂肪酸和盐以后，采用松鼠笼式混合器来混合分散的料浆。
下列实施例是用来说明本发明最优选的操作方式，而不是要对本发明进行限制。在实施例1-5中，所用的高岭土原料来自东乔治亚，美国。其典型的颗粒尺寸分布为80％(重量)比2微米细，其平均颗粒尺寸为0.3-0.4微米。
除非另有说明，所有的数量均是以干重为基础。所有的筛网尺寸均是用美国筛获得的。实施例1根据USSN08/350913的教导，采用Cowles混合机将东乔治亚高岭土原料以60％固体量与7磅/吨无水硅酸钠和0.6磅/吨C-211(聚丙烯酸钠)混合。将该料浆混合15分钟，以使粗粘土完全变小。将料浆筛过325目筛，以除去粗颗粒物质。将所获得的料浆稀释成含40％固体。该料浆的pH为10.4。在搅拌的同时，向该料浆中同时加入5磅/吨油酸和2磅/吨氯化钙溶液(38.5％)。将所获得的料浆在室温下完全搅拌15分钟。在中度搅拌的同时，向该料浆中加入0.25磅/吨SharpflocTM9950聚合物。SharpflocTM 9950是聚丙烯酰胺与聚丙烯酸酯的共聚物，其具有95％阴性电荷，分子量超过10百万。将所需的聚合物稀释成这样一种浓度，即当加入到料浆中时，所获得的固体量为20％。立即会出现有色絮凝物。当搅拌停止时，絮凝物开始快速沉降。将该絮凝物沉降30分钟。该絮凝相(褐色胶凝相)约占料浆体积的30％。将分散的料浆滗析，将其与絮凝层分离并且使其通过325目筛，以除去任何与纯高岭土料浆留在一起的小絮凝物。滗析料浆中的固体含量为10％。然后采用明矾和硫酸使料浆絮凝，并且将其在Buchner漏斗中过滤。将滤饼在微波炉中干燥。
所获得的结果表明东乔治亚高岭土中TiO2含量由4％下降到约0.6％。GE亮度由80.0％提高到90.4％，粘土回收率为73％。实施例2根据USSN 08/350913的教导，采用Cowles混合机将东乔治亚高岭土原料以60％固体量与5磅/吨无水硅酸钠和0.5磅/吨C-211(聚丙烯酸钠)混合。将该料浆混合15分钟，以使粗粘土完全变小。将料浆筛过325目筛，以除去粗颗粒物质。将所获得的料浆稀释成含40％固体。向该料浆中加入2磅/吨氯化钙溶液(38.5％)而后加入3磅/吨油酸。将所获得的料浆在室温下完全搅拌15分钟。在中度搅拌的同时，向该料浆中加入0.33磅/吨SharpflocTM9950聚合物。SharpflocTM9950是聚丙烯酰胺与聚丙烯酸酯的共聚物，其具有95％阴性电荷，分子量超过10百万。将所需的聚合物稀释成这样一种浓度，即当加入到料浆中时，所获得的固体量为20％。立即会出现有色絮凝物。当搅拌停止时，絮凝物开始快速沉降。将该絮凝物沉降30分钟。该絮凝相(褐色胶凝相)约占料浆体积的30％。将分散的料浆滗析，将其与絮凝层分离并且使其通过325目筛，以除去任何与纯高岭土料浆留在一起的小絮凝物。滗析料浆中的固体含量约为10％。然后采用明矾和硫酸使料浆絮凝，并且将其在Buchncr漏斗中过滤。将滤饼在微波炉中干燥。
产品的GE亮度为89.1％，回收率为49.1％。实施例3根据本发明，采用Cowles混合机将东乔治亚高岭土原料以60％固体量与5磅/吨无水硅酸钠和0.5磅/吨C-211(聚丙烯酸钠)混合。将该料浆混合15分钟，以使粗粘土完全变小。将料浆筛过325目筛，以除去粗颗粒物质。将所获得的料浆稀释成含40％固体。用5磅/吨纯碱进一步处理该料浆。其余工艺与实施例2相同。在加入絮凝剂时，立即会出现有色絮凝物。当搅拌停止时，絮凝物开始快速沉降。将该絮凝物沉降30分钟。该絮凝相(褐色胶凝相)约占料浆体积的30％。将分散的料浆滗析，将其与絮凝层分离并且使其通过325目筛，以除去任何与纯高岭土料浆留在一起的小絮凝物。滗析料浆中的固体含量约为10％。然后采用明矾和硫酸使料浆絮凝，并且将其在Buchner漏斗中过滤。将滤饼在微波炉中干燥。
将实施例2与本发明(加入纯碱)的结果进行比较，结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％。亮度的这种增加具有明显的经济效益。实施例4根据本发明，采用Cowles混合机，在循环白水中，将东乔治亚高岭土原料以60％固体量与5磅/吨无水硅酸钠和0.5磅/吨C-211(聚丙烯酸钠)混合。该循环白水是采矿的废水，它包括非常细的粘土和某些原始分散剂，如硅酸钠(N牌)。在商业上通常将其称为“白垩”水。将该料浆混合15分钟，以使粗粘土完全变小。将料浆筛过325目筛，以除去粗颗粒物质。将所获得的料浆稀释成含40％固体。用不同数量的纯碱(0、2.0、3.0、3.5、3.7、4.0、5.0磅/吨)进一步处理该料浆。向该料浆中加入1.3磅/吨氯化钙溶液(38.5％)，而后加入5磅/吨油酸。其余工艺与实施例2相同。在加入絮凝剂时，立即会出现有色絮凝物。对于用2.0磅/吨或更多纯碱处理过的料浆来说，当搅拌停止时，絮凝物开始快速沉降。将该絮凝物沉降30分钟。将分散的料浆滗析，将其与絮凝层分离。采用明矾和硫酸使分散的料浆絮凝，并且将其在Buchner漏斗中过滤。将滤饼在微波炉中干燥。
在没有采用纯碱进行处理的试验中，可以看到非常细的絮凝物在30分钟内不会沉降。因此，产物的回收非常差。但是，在增加纯碱的量时可以看到较大的絮凝物并且可以达到更好的分离，由此产生更高的亮度和回收率。表1中的结果表明当系统中的纯碱量增加时，分离效率就会提高。表1纯碱分散剂对选择性絮凝工艺的分离效率的影响纯碱量％GEB 重量％回收率 产物中#/吨干粘土 ％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实施例5例5表示与将纯碱在主要分散位置加入到硅酸钠/聚丙烯酸钠混合物中相比，用纯碱处理经过预分散的料浆的作用。后者由于在生产中容易进行而成为优选的。实施例5A根据本发明，采用Cowles混合机，在循环白水中，将东乔治亚高岭土原料以60％固体量与5磅/吨无水硅酸钠和0.5磅/吨C-211(聚丙烯酸钠)混合。将该料浆混合15分钟，以使粗粘土完全变小。将料浆筛过325目筛，以除去粗颗粒物质。将所获得的料浆稀释成含40％固体。用5.0磅/吨纯碱处理该料浆。其余工艺与实施例2相同。在加入絮凝剂时，立即会出现有色絮凝物。对于用2.0磅/吨或更多纯碱处理过的料浆来说，当搅拌停止时，絮凝物开始快速沉降。将该絮凝物沉降30分钟。将分散的料浆滗析，将其与絮凝层分离。采用明矾和硫酸使分散的料浆絮凝，并且将其在Buchner漏斗中过滤。将滤饼在微波炉中干燥。
所获得的产物的亮度为91.5％，回收率为52.7％。实施例5B重复实施例5A，将纯碱作为第三种成分(与硅酸钠和聚丙烯酸钠一起)加入。该试验工艺的其它过程与实施例5A的相同。所获得的产物其亮度为91.6％，回收率为38.8％这些结果表明采用这三种成分，分散剂混合物不会影响亮度。但是可以看到较小的絮凝物并且确实对回收率具有明显的影响。实施例6实施例6表示特别优选的纯碱预处理的方法，以使已经陈化太长时间的料浆获得最佳的处理，从而进行所需的提纯。
在工厂混合机中，将东乔治亚高岭土原料以60％固体量与5磅/吨无水硅酸钠和0.5磅/吨C-211(聚丙烯酸钠)混合到pH9.3。通过在刮板盒中沉降，使分散的料浆去除粗颗粒。将所获得的料浆稀释成含40％固体。将这种料浆陈化一个月以上。在陈化过程中，该料浆的pH下降到8.0以下。加入更多的分散剂以保持pH为9.2。
将该料浆在与实施例2相同的条件下进行处理。在加入聚合物时，整个料浆絮凝并且不会沉降。整个样品成为粘稠物。
但是当在象实施例2那样在用氯化钙与油酸进行处理以前用5磅/吨纯碱处理经过陈化的部分料浆时，料浆对絮凝剂加入有反应。在加入絮凝剂时，立即会出现有色絮凝物。对于用2.0磅/吨或更多纯碱处理过的料浆来说，当搅拌停止时，絮凝物开始快速沉降。将该絮凝物沉降30分钟。将分散的料浆滗析，将其与絮凝层分离。采用明矾和硫酸使分散的料浆絮凝，并且将其在Buchner漏斗中过滤。将滤饼在微波炉中干燥。产物的亮度为91.0％，回收率为50％。
权利要求
1．一种选择性分离矿物颗粒混合物中细分散的矿物颗粒的方法，它包括a)用硅酸钠与聚丙烯酸钠作为分散剂将所说的混合物形成一种分散水基料浆；b)向所说的分散水基料浆中加入脂肪酸和一种多价阳离子源，除非料浆中的一种矿物提供了一种多价阳离子，所说的料浆不会絮凝；c)不向所说的料浆中加入发泡剂，引入高分子量的有机阴离子聚合物，从而形成可以作为致密低层而沉降的絮凝物；以及d)将所说的沉降层与料浆中其它的物质分离，其改进包括在步骤(a)之后和步骤(c)之前将纯碱作为分散剂加入。
2．权利要求1所说的方法，其中所说的硅酸盐矿物是高岭土粘土，纯碱的用量为1-10磅/吨干高岭土粘土。
3．权利要求2所说的方法，其中絮凝的矿物包括有色氧化钛。
4．权利要求2所说的方法，其中所说的料浆中至少有50％重量的矿物颗粒是亚微米尺寸范围内的。
5．权利要求2所说的方法，其中步骤(a)中所说的分散剂是硅酸钠。
6．权利要求5所说的方法，其中聚丙烯酸钠也在步骤(a)中加入。
7．权利要求1所说的方法，其中聚丙烯酸钠分散剂加入到来自步骤(d)的沉降层中，而后加入另外的聚合物。
8．权利要求1所说的方法，其中聚丙烯酸钠加入到来自步骤(d)的分散料浆中。
9．权利要求1所说的方法，其中所说的脂肪酸是油酸。
10．权利要求1所说的方法，其中所说的多价金属盐是氯化钙。
11．权利要求1所说的方法，其中所说的料浆在步骤(b)之后和步骤(c)之前被稀释。
12．权利要求1所说的方法，其中所说的聚合物是高度阴离子化的聚丙烯酰胺或丙烯酰胺的共聚物。
13．权利要求12所说的方法，其中所说的聚合物的分子量为5百万以上。
14．权利要求12所说的方法，其中所说的硅酸盐矿物是高岭土粘土，所说的金属氧化物矿物包括氧化钛，所说的分散剂包括硅酸钠和聚丙烯酸钠，所说的脂肪酸是油酸，所说的多价金属盐是氯化钙，所说的阴离子聚合物是聚丙烯酰胺。
15．权利要求14所说的方法，其中硅酸钠的用量为约5-10磅/吨，所说的丙烯酸钠的用量为约0.5-1.0磅/吨，所说的油酸的用量为约2-8磅/吨，所说的氯化钙的用量为约1-5磅/吨，所说的阴离子聚合物的用量为约0.1-1磅/吨。
16．权利要求14所说的方法，其中步骤(a)中所说的料浆是约60％固体，并且在步骤(b)之前稀释到约40％固体，并且在步骤(c)之前进一步稀释到约20％固体。
17．权利要求2所说的方法，其中所说的碱性碳酸盐选自碳酸钙、碳酸镁和碳酸镁/碳酸钙，所说的硅酸盐矿物包括粘土。
18．权利要求2所说的方法，其中所说的磷酸盐矿物是磷灰石并且所说的硅酸盐矿物包括粘土。
19．一种选择性分离含有有色氧化钛杂质颗粒的细矿化东乔治亚高岭土原料中细分散的矿物颗粒的方法，它包括a)通过加入硅酸钠与聚丙烯酸钠，将所说的原料粘土形成一种分散水基料浆；b)以1-7磅/吨所说的高岭土原料的量加入纯碱；c)向所说的分散水基料浆中加入油酸和氯化钙，所说的料浆不会絮凝；d)不向所说的料浆中加入发泡剂，引入高电荷密度的阴离子聚丙烯酰胺，从而形成可以作为致密低层而沉降的絮凝物；以及e)将所说的沉降层与作为提纯高岭土分散液的料浆中其它的物质分离。
20．权利要求18所说的方法，其中将硅酸盐分散剂加入到来自步骤(e)的沉降层中，而后加入另外的聚合物。
21．权利要求18所说的方法，其中将聚丙烯酸钠分散剂加入到来自步骤(e)的提纯高岭土分散液中。
22．权利要求19所说的方法，其中在步骤(a)中，将所说的料浆陈化，而后在步骤(b)中加入纯碱，加入纯碱可以提高提纯高岭土的回收率。
23．权利要求19所说的方法，其中通过将原料高岭土粘土在含有硅酸钠的循环水中混合而获得在步骤(a)中形成的料浆，并且在步骤(b)中加入纯碱提高了提纯高岭土的回收率。
全文摘要
一种选择性絮凝工艺,它在用脂肪酸、盐而后是聚合物絮凝剂进行处理之前,采用包含纯碱的分散剂混合物来分散泥状矿物料浆。
文档编号B03D3/06GK1210477SQ97192085
公开日1999年3月10日 申请日期1997年1月20日 优先权日1996年2月5日
发明者D·L·威廉姆斯, G·E·甘特, S·贝尔, M·J·威利斯 申请人:恩格尔哈德公司