Brevet FR2013058A1 — publié le 19700327

2013Ô58 La présente invention est relative aux argiles et, plus particulièrement, à un procédé pour améliorer leur éclat, l'invention concerne surtout un procédé pour améliorer l'éclat des argiles de kaolin dans lequel on enlève du titane et des impure-5 tés de fer qui modifient la coloration,par sédimentation par gravité ou par centrifugation d'une bouille d'argile. les argiles naturelles ont des couleurs très diverses, môme quand elles proviennent de mines de la même localité, ou môme de différents lieux de la môme mine. Les dépôts d'argile de kaolin 10 naturelle contiennent des impuretés colorantes, par exemple à base de fer et de titane, qui se trouvent habituellement sous la forme de particules et qui sont pour beaucoup dans la teinte jaune brune de nombreux kaolins. Souvent, une argile est rejetée comme impropre à être commercialisée uniquement en raison de sa 15 couleur, alors que ses autres propriétés physiques, telles que la viscosité de ses suspensions dans l'eau et sa répartition de dimensions particulaires sont dans des limites désirées. L'art antérieur a souffert dans ce domaine de son inaptitude à corriger facilement et économiquement les propriétés de couleur 20 d'une argile donnée. On se heurte à bien des difficultés pour obtenir l'éclat désiré. Ces difficultés proviennent en partie du fait que les impuretés à base de titane et de fer dans l'argile de kaolin sont difficiles à enlever et il est difficile d'en modifier la couleur. 25 Des argiles des mines sont généralement broyées, puis mises en suspension, pour produire une suspension d'argile, les suspensions d'argile sont souvent traitées avec un agent peptisant pour obtenir une viscosité minimum ou une dispersion maximum des particules d'argile dans la solution, afin de faciliter le frao-30 tionnement à la répartition particulaire désirée. Parmi les agents peptisants bien connus utilisés dans la technique des argiles, on peut citer les polyphosphates, les carbonates, les silicates, les alcalis en général, leurs mélanges, les sels basiques, etc. La quantité de ces agents peptisants utilisée dans la déflocula-35 tion originale des suspensions d'argile, peut aller de 0,25 à 4 kg/tonne d'argile sèche, la quantité exacte dépendant du système de l'argile lui-même et du type d'agent peptisant utilisé. Ces • suspensions sont ensuite classées à la fraction d'argile désirée par des méthodes telles que l'hydroséparation, la centrifugation, 40 etc. 69 24163 2 2013058 Dans ces conditions, l'éclat des argiles d© kaolin peut habituellement être augmenté par fractionnement, c'est-à-dire par la préparation de fines fractions d© surface spécifique élevée. Plus la dimension particulaire est petite, plus l'argile a de 5 l'éclat. Cependant, cette augmentation d'éclat est habituellement insuffisante. Les procédés classiques de classification des suspensions d'argile augmentent normalement l'éclat de l'argile d'environ 0,5 à 3,5 points par rapport à l'argile originale. On notera que le simple stade de préparation de fractions divisées 10 ne diminue pas nécessairement la teneur en impuretés qui modifient la coloration. Pour rendre les argiles raffinées acceptables industriellement, il est souvent nécessaire de leur faire subir un traitement supplémentaire tel qu'une lixiviation chimique. La lixiviation do.'lîargile par des produits chimiques tels que l'hydro-15 sulfite de zinc ou de sodium, donne généralement à la suspension d'argile raffinée un éclat amélioré, mais l'augmentation d'éclat est habituellement seulement de l'ordre de 2 à 5 points d'éclat. Ces argiles sont ensuite, en général, filtrées et séchées, ce qui met les argiles en condition pour être commercialisées. 20 Ainsi, avec les processus normaux d'-amélioration dans l'industrie de l'argile, on peut préparer des argiles pour usage commercial ayant un éclat ne dépassant pas 88 pointa ..environ. Il y a d'autres procédés pour améliorer l'éclat des argiles, mais, en général, ils sont très onéreux et ne donnent pas un ac-25 croissement suffisant d'éclat pour justifier la dépense. L'utilisation d'agents dispersants comme décrit ci-dessus, donne un état connu sous le nom de défloculation. Il est bien connu qu'un excès 4'agent péptisant peut entraîner une augmentation indésirable de viscosité en raison de la formation d'un état 30 refloculé et que si le traitement de peptisation est poussé trop loin, il se produit un état de gel difficile à traiter. C'est pourquoi, avant l'enseignement du brevet des E.U.A n° 3.371.988, les pratiques de l'art antérieur évitaient scrupuleusement 1'état refloculé, et essayaient"dé maintenir une condi-35 tion de viscosité minimum-pendant la- classification. Dans ce brevet, on a'montré que1' l'état refloculé a une utilit'l singulière, parce qu'il crée: un système qui provoque la séparation pré-féreatielle les imptirètes de titane, ce" qui donne une' aiigniénta--tion nette ti© pureté et d'éclat de la fraction dé- kaolin' raffinée. 40 - Oosme. Sésïit 'Sans "ëè brevet, la' séparât ion- préférentielle des 69 24163 3 2013058 impuretés de titane peut être obtenue en ajoutant un excès d'agent péptisant par rapport à la quantité requise pour produire la viscosité minimum pour la classification, de manière à créer délibérément une suspension refloculée dans laquelle il se produit spon-5 tanément une libération et une sédimentation des impuretés de titane des particules d'argile. - L'invention a pour but un procédé nouveau et très efficace pour améliorer les argiles qui surmonte les difficulfcés de l'art antérieur et, en particulier, un procédé pour préparer des •|0 argiles ayant un éclat plus élevé que celui obtenu par les traitements classiques suivant l'art antérieur de la même argile. Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'on ajoute des sels neutres non dispersants en même temps qu'un agent péptisant en excès de la quantité requise pour obtenir la visco-15 site minimum dans le traitement d'une suspension aqueuse d'argile pour améliorer l'éclat de l'argile de kaolin. Les argiles des mines sont généralement broyées puis mises en suspension. On ajoute à celle-ci un agent péptisant. Toute matière convenable présentant les propriétés d'un agent péptisant ou dispersant 20 peut être utilisée. Parmi ceux-ci, on peut citer les polyphospha-tes, les carbonates, les silicates, les alcalis en général, leurs mélanges, et les sels basiques. Suivant le procédé du brevet précité, on ajoute à la solution un excès d'agent péptisant par rapport à la quantité requise pour obtenir la viscosité minimum 25 ou la dispersion maximum des particules d'argile afin de faciliter le fractionnement. Par l'expression "viscosité minimum", on entend la propriété de chaque système argile-eau-agent dispersant qui est mesurée à 60 $ de matières solides avec un viscosi-mètre Brookfieiis à 100 tours/minute utilisant la broche n° 1. 30 dose d'agent dispersant nécessaire pour obtenir une viscosité minimum à 60 % de matières solides pour chaque système est définie arbitrairement comme étant la même, quelle que soit la composition des matières solides des suspensions qui doivent être traitées ensuite dans le procédé suivant l'invention. En outre, 35 outre les agents peptisants, on ajoute une quantité de sels neutres non dispersants s'élevant de 1 à 10 kg/tonne d'argile. L'addition de sels neutres avec les agents peptisants ai excès de la quantité requise pour obtenir la viscosité minimum et produire un état refloculé dans la suspension d'argile, mais inférieure 40 à la quantité suffisante pour provoquer un état de gel, provoque 69 24163 4 2013058 la libération des impuretés de titane et de fer des particules d'argile. Ce processus se manifeste d'abord par un assombrisse-ment général de la suspension originale, suivie de la formation de raies verticales jaunes brunes ou fauves, qui s'étendent sur 5 la longueur de la colonne. Ces raies apparaissent souvent aussitôt qu'on ajoute une dose en excès d'agent péptisant et de sels neutres, mais apparaissent en tous cas après une courte période de décantation. Ces impuretés se déposent finalement au bas du récipient, pour former un sédiment à couleur modifiée. Après 10 que la sédimentation est achevée, comme indiqué par la disparition des raies verticales de couleur fauve, on peut siphoner la suspension raffinée ou la séparer d'une autre manière. On peut, bien entendu, utiliser d'autres procédés de séparation que celui par gravité pour enlever les impuretés de titane, jar exemple par 15 centrifugation. Le procédé ci-dessus peut être effectué sur des argiles brutes blanchies ou non, ou des fractions de celles-ci. Si on désire faire suivre d'une lixiviation, on peut utiliser des agents de lixiviation chimique, tel que 1'hydrosuifite de 20 zinc ou de sodium, pour améliorer encore l'éclat. On peut ensuite filtrer l'argile et la sécher pour la conditionner pour usage industriel. Les exemples suivants illustrent l'invention. Dans ces exemples, les pourcentages sont exprimés en poids, sauf indication contraire. 25 EXEMPLE 1 A titre de témoin pour les trois autres exemples, pour montrer l'effet des sels neutres dans les suspensions refloculées, sur les impuretés de titane, on obtient un échantillon d'argile brute ayant un éclat de 81,8 d'une mine située en G-eorgie de 30 l'Est, (E.U.A). On met cette suspension brute à environ 35 % de matières solides, et on la disperse avec 4 kg d'hexaméthaphosphate de sodium (Calgon) par tonne d'argile sèche, quantité requise pour obtenir une viscosité minimum. On sépare de la dispersion brute un type classique de fine. 35 Cette suspension est constituée d'une argile ayant un éclat de 83>9. Par une lixiviation classique avec 5 kg d'hydrosulfite de zinc et 3 kg d'alun par tonne d'argile sèche, on obtient un éclat de 87,8. Cette argile contient 1,14 96 d'impuretés de fer exprimées en I,e2°3 2 >46 ^ d'impuretés de titane, exprimées en Ïi02» 69 24163 5 2013058 Ti!TRMPT,Tii ? On traite la matière brute de départ de l'Exemple 1 en la mélangeant dans un dissolveur Cowles pendant 30 minutes, jusqu'à une teneur en matières solides de 68 fo avec un agent dispersant, 5 association d'hexaméthaphosphate de sodium à raison de 5 kg/tonne d'argile sèche, et avec du métasilicate de sodium, à raison de 10 kg/tonne d'argile sèche. On dilue cette solution traitée jusqu'à une teneur en matière solide d'argile de 26 %, et on malaxe pendant 20 minutes. On transvase la suspension dans un ré-10 cipient transparent, et on laisse décanter, sans agitation, dans une colonne de suspension de 14 m de haut. En une demi-heure à une haure, la couleur de la suspension se modifie nettement, elle prend une coloration fauve également répartie quand on la compare à la suspension non traitée de l'Exemple 1• Des raies on des 15 stries très colorées, avéc des zones de coloration très nettement plus claires entre les stries, s'étendent de bas en haut dans la colonne de la suspension. Après 99 heures environ, les raies verticales disparaissent et un dépôt de boue jaune s'amoncelle à une épaisseur constante. La suspension d'argile est re-20 tirée, le dépôt restant dans le bas de la colonne. On lave l'argile recueillie jusqu'à ce qu'elle soit à peu près exempte des produits chimiques en excès. Ceci s'effectue en acidifiant la suspension avec 8,25 kg d'acide sulfurique et 8,5 kg d'alun par tonne d'argile sèche pour obtenir une suspension flo-25 culée qu'on filtre. On dilue la matière filtrée avec de l'eau, et on remet en suspension jusqu'à une teneur en matières solides de 30 fo environ. Cette suspension est composée d'argile ayant un éclat de 86,6 avant lixiviation et de 91,5 après lixiviation, supérieur de 3,7 points au témoin* Cette argile spécialement 30 traitée contient 1,14 i° d'impuretés de fer, exprimées en I^O^ et 1,1 io d'impuretés de titane, exprimées en IIO2* EXEMPLE 3 On reprend l'Exemple 2, sauf que la matière de départ est traitée par mise en suspension avec un dispersant, association 35 d'hexamétaphosphate de sodium, à raison de 5 kg/tonne d'argile sèche, et de métasilicate de sodium, à raison de 10 kg/tonne d'argile sèche, et un sel neutre, le chlorure de sodium, à raison de 2 kg/tonne d'argile sèche avant sédimentation. Cette argile spécialement améliorée a un éclat de 88,4 avant 40 lixiviation, et de 92,5 après, supérieur de 4,7 points au témoin. 69 24163 e 2013058 Cette argile améliorée contient 1,03 i° d'impuretés de fer, exprimées en Pe205 et 0,83 % d'impuretés de titane, exprimées en TiOg. EXEMPLE 4 On reprend l'Exemple 2, sauf qu'on traite la matière de dé-5 part par mise en suspension avec un agent dispersant, association d'hexamétaphosphate de sodium, à raison de 5 kg, et de métasilicate de sodium, à raison de 7,5 kg, par tonne d'argile sèche, et d'un sel neutre (le chlorure de sodium) à raison de 7,5kg/tonne d'argile sèche avant sédimentation. 10 Cette argile spécialement raffinée a un éclat de 93,6 avant lixiviation et de 94,9 après lixiviation, supérieur de 7,1 points au témoin. Cette argile raffinée contient 0,95 % d'impuretés de fer, exprimées en ï^O^ et 0,06 % d'impuretés de titane, exprimées en Ti02. 15 EXEMPLE 5 A titre de témoin pour les quatre .Exemples suivants, montrant l'action des divers sels neutres dans une suspension refloculée, on obtient un échantillon d'argile brute ayant un éclat de 80,8 de dépôt de la Q-eorgie de l'Est (E.U.A)• On remet cette matière 20 brute en suspension jusqu'à environ 35 % de matières solides sèches et on disperse avec 4 kg d'hexamétaphosphate de sodium par tonne d*argile sèche, quantité requise pour obtenir une viscosité miaiiffiffiu On sépare une fine de type classique de la matière brute dis-25 persé@« Cette suspension est composée d'un argile ayant un éclat de 83,0. Par une lixiviation classique avec 5 kg d'hydrosuifite de zinc et 3 kg d'alun par tonne d'argile sèche, on obtient un éclat de 87,0. EXEMPLE 6 30 On traite la matière brute de l'Exemple 5 en la mélangeant dans un mélangeur Waring pendant 30 minutes jusqu'à line teneur en matières solides d'argile de 65 % avec un agent dispersant, une association d'hexamétaphosphate de sodium, à raison de 5 kg, et de métasilicate de sodium, à raison de 10 kg, par tonne d'argile 35 sèche* Cette suspension traitée est diluée jusqu'à une teneur en matières solides d'argile de 26 fo et malaxée pendant 10 minutes. On transvase la suspension dans un récipient transparent, et on laisse déposer sana agitation dans une colonne de suspension de 2,90 m pendant 18 heures environ» Après dépôt des impuretés co-40 loréesa on soutire la suspens ion df argile et on la lave jusqu'à 69 24163 7 2013058 ce qu'elle soit à peu près exempte de produits chimiques en excès par le procédé décrit à l'Exemple 2. Cette argile spécialement traitée a un éclat de 90,7 après lixiviation, supérieure de 3,7 points à celui du témoin. 5 EXEMPLE 7 On reprend l'Exemple 6, sauf qu'on traite la matière brute de départ avec un sel neutre, le chlorure de sodium, à raison de 2 kg/tonne d*argile sèche, en plus de l'association de dispersant de 5 kg d'hexamétaphosphate de sodium et de 10 kg de métasilicate 10 de sodium par tonne d'argile sèche. Cette argile particulièrement raffinée a un éclat de 91,7 après lixiviation, supérieur de 4,7 points à celui du témoin. T3TR1VIPLE 8 On reprend l'Exemple 6, sauf qu'on traite la matière brute 15 de départ par un sel neutre, le chlorure de potassium, à raison de 3 kg/tonne d'argile sèche, en plus de l'association d'agent dispersant de 5 kg d'hexamétaphosphate de sodium et de 10 kg de métasilicate de sodium par tonne d'argile sèche. Cette argile particulièrement raffinée a un éclat de 91,7 20 après lixiviation, supérieur de 4,7 points à celui du témoin. EXEMPLE 9 On reprend l'Exemple 6, sauf qu'on traite la matière brute de départ par un sel neutre, le nitrate de sodium, à raison de 1 kg/tonne d'argile sèche, en plus de l'association de l'agent 25 dispersant de 5kg d'hexamétaphosphate de sodium et de 10 kg de métasilicate de sodium par tonne d'argile sèche. Cette argile spécialement raffinée a un éclat de 91,1 après lixiviation, supérieur de 3,1 points à celui du témoin. EXEMPLE 10 30 A titre de témoin pour les quatre essais suivants montrant l'effet de divers sels neutres dans une suspension refloculée, on obtient un échantillon de suspension non blanchie contenant 31,0 i« de matières solides d'argile d'une production normale d'une usine. On raffine d'abord cette argile, obtenue de matiè-35 res brutes provenant de dépôts de la G-eorgie centrale en la dispersant avec 2 kg de Calgon, hexamétaphosphate de sodium, par tonne d'argile sèche, pour obtenir la viscosité minimum, et on la classifie jusqu'à une fraction de qualité revêtement N° 1. L'argile de cette suspension a un éclat de 83,7. Par blanchiment 40 classique avec 5 kg d'hydrosulfite de zinc et 3 kg d'alun par 24163 Q 2013058 tonne d'argile sèche, on obtient un éclat de 88,0. EXEMPLE 11 On traite la suspension de départ de l'Exemple 10, contenant 31,0 fo de matières solides d'argile, en la mélangeant dans un mé-5 langeur Waring pendant 30 minutes avec une quantité supplémentaire d'agent dispersant, une association d'hexamétaphosphate de sodium, à raison de 7,5 kg, et de carbonate de sodium, à raison de 2,5 kg,par tonne d'argile sèche. On transvase cette suspension dans m récipient transparent et on laisse décanter sans agitation 10 dans une colonne de suspension de 2,90 m de hauteur. On note la formation d'un état coloré suivi de raies verticales typiques, comme décrit dans l'Exemple 2 précédent. Ces raies disparaissent au bout de 16 heures environ. Après sédimentation, on sépare la suspension d'argile du dépôt coloré et on la lave jusqu'à ce qu'elle 15 soit à peu près exempte de produit chimique en excès par le procédé décrit à l'Exemple 2. Cette argile spécialement traitée a un éclat de 90,1 après lixiviation, supérieur de 2,1 points à celui du témoin. EXEMPLE 12 20 On reprend l'Exemple 11, sauf qu'on traite la suspension de départ par un sel neutre, le sulfate de sodium, à raison de 2,5 kg par tonne d'argile sèche, en plus de l'association d'agent dispersant de 7,5 kg d'hexamétaphosphate de sodium et de 2,5 kg de carbonate de sodium par tonne d'argile sèche. Cette argile particu-25 lièrement raffinée a un éclat de 90,9 après lixiviation, supérieur de 2,9 points à celui du témoin. EXEMPLE 13 On reprend l'Exemple 11, sauf qu'on traite la suspension de départ par un sel neutre, le chlorure de potassium, à raison de 30 2,5 kg par tonne d'argile sèche, en plus de l'association dispersante de 7,5 kg d'hexamétaphosphate de sodium et de 2,5 kg de carbonate de sodium par tonne d'argile sèche. Cette argile particulièrement raffinée a un éclat de 91,0 après lixiviation, supérieur de 3,0 points à celui du témoin. 35 EXEMPLE 14. On reprend l'Exemple 11, sauf qu'on traite la suspension de départ par un sel neutre, le chlorure de sodium, à raison de 5 kg par tonne d'argile sèche, en plus de l'association dispersante de 7,5 kg d'hexamétaphosphate de sodium et de 2,5 kg de carbonate de 40 sodium par tonne d'argile sèche, et on dilue la suspension traitée 69 24163 9 2013058 jusqu'à une teneur en matières solides d'argile de 20,0 $ avec de l'eau avant sédimentation. Cette argile spécialement traitée a un éclat de 90,7 après lixiviation, supérieur de 2,7 points à celui du témoin. 5 TABLEAU II EFFET DES DIVERS SELS NEUTRES DANS LES SUSPENSIONS REFL0CULEES 10 15 20 30 SEL NEUTRE kg/tonne d1argile ECLAT DE L'ARGILE RAFFINEE Témoin "brut de Georgie de l'Est Exemple 5 (Témoin refloculé) Argile traitée, Exemple 6 Argile traitée, Exemple 7 Argile traitée, Exemple 8 Argile traitée, Exemple 9 Non lixiviée 83,0 chlorure de sodium chlorure de potassium nitrate de sodium Fraction raffinée du brut de Georgie centrale Exemple 10 — (Témoin refloculé) 25 Argile traitée, Exemple 11 Argile traitée, Exemple 12 sulfate de sodium Argile traitée, Exemple 13 chlorure de potassium 83,7 2,5 2,5 Argile traitée, Exemple 14 chlorure de sodium Lixiviée 87.0 90,7 91,7 91,7 91.1 88.0 90.1 90,9 91,0 90,7 35 Dans le présent mémoire, l'expression "sels neutres non dispersants" signifie des matières telles que des halogénures, nitrates et sulfates des métaux alcalins et alcalino-terreux. En plus des sels neutres non dispersants mentionnés dans les Exemples ci-dessus, toute autre matière présentant les propriétés d'un sel neutre non dispersant peut être utilisée avec les agents peptisants pour effectuer le traitement suivant l'invention. TABLEAU I EFFET D'UN SEL NEUTRE SUR LA REDUCTION EN TENEUR EN IMPURETES TRAITEMENT CHIMIQUE ARGILE FINIE Agent dispersant Témoin, Exemple 1 (Témoin refloculé) Argile traitée,Hexamétaphosphate Exemple 2 de sodium métasilicate de sodium Argile traitée Hexamétaphosphate Exemple 3 de sodium Metasilicate de sodium Argile traitée Hexamétaphosphate Exemple 4 de sodium Métasilicate de sodium Agent dispersant kg/tonne d1 argile 5 10 5 10 5 7,5 Sel neutre kg/tonme d9 argile Teneur en p«2o5 # 1,14 1,14 7,5 1,03 0,95 Teneur en Eclat Ti°2 ' ÎSivié 2,46 1,10 0,83 0,06 83,9 87,8 86,6 91,5 88,4 92» 5 93,6 94,9 69 24163 2013058 fiEVEMIOATIONS 1. Procédé pour améliorer une argile de kaolin, caractérisé en ce qu'on traite une suspension d'argile aqueuse par un agent péptisant en excès par rapport à la quantité nécessaire pour obte— 5 nir la viscosité minimum de manière à séparer préférentiellement les impuretés colorantes, on traite en outre cette suspension d'argile aqueuse en ajoutant de 1 à 13 kg/tonne- d1 sel neutre non dispersant pour améliorer beaucoup son éclat, et on sépare ces impuretés de la suspension d'argile, 10 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent péptisant est un polyphosphate, carbonate, silicate, alcali, sels basiques ou leurs mélanges, et le sel neutre est un ha-logénure, nitrate, sulfate de métaux alcalins ou alcalino-terreux ou leurs mélanges. 15 3» Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le sel neutre est le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, le nitrate de sodium, le sulfate de sodium ou leurs mélanges. BAD ORIGINAL