(57)【要約】水酸化カルシウムを用意し、そして炭酸カルシウムへの少なくとも約90重量%の転化率及び少なくもと約90重量%の固体濃度を有する炭酸カルシウムを製造するのに十分な時間、該水酸化カルシウムを二酸化炭素ガスにより炭酸化しかつ粉砕する段階を含むところの沈降炭酸カルシウムの製造法。また、水酸化カルシウムを用意し、該水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに少なくとも部分的に転化するのに十分な時間、該水酸化カルシウムを二酸化炭素ガスにより炭酸化し、該少なくとも部分的に転化された水酸化カルシウムを粉砕し、そして続いて、該水酸化カルシウムを、炭酸カルシウムへの少なくとも約90重量%の転化率及び少なくとも約90重量%の固体濃度を有する炭酸カルシウムに実質的に転化するのに十分な時間、炭酸化そして粉砕する段階を繰返す段階を含むところの沈降炭酸カルシウムの製造法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)水酸化カルシウムを用意し、そして
(b)炭酸カルシウムへの少なくとも約90重量%の転化率及び少なくもと約90重量%の固体濃度を有する炭酸カルシウムを製造するのに十分な時間、該水酸化カルシウムを二酸化炭素ガスにより炭酸化しかつ粉砕する
段階を含むところの沈降炭酸カルシウムの製造法。
【請求項２】
用意された水酸化カルシウムが、最大約10重量%の量で存在する水を伴う、少なくとも約90重量%の固体であるところの請求項1記載の方法。
【請求項３】
用意された水酸化カルシウムが、約92重量%の固体であるところの請求項2記載の方法。
【請求項４】
段階(a)において用意された水酸化カルシウムが、
i)水を実質的に含まない水酸化カルシウムを形成するように反応させるのに十分な量で酸化カルシウムと水とを混合し、そして
ii)該酸化カルシウムを水和して、少なくとも約90重量%の固体及び最大約10重量%の量で存在する水を有する水酸化カルシウムを形成するのに十分な時間高められた温度に該混合物を保持すること
を含む段階により製造されるところの請求項1記載の沈降炭酸カルシウムの製造法。
【請求項５】
高められた温度に該混合物を保持する段階が、酸化カルシウムを水和して、水酸化カルシウムへの少なくとも約95重量%の転化率を有する水酸化カルシウムを形成するのに十分な時間、最大約600°Fの温度で実行されるところの請求項4記載の方法。
【請求項６】
高められた温度に該混合物を保持する段階が、酸化カルシウムを水和して、水酸化カルシウムへの少なくとも約98重量%の転化率を有する水酸化カルシウムを形成するのに十分な時間実行されるところの請求項5記載の方法。
【請求項７】
炭酸化及び粉砕の段階が、炭酸カルシウムへの少なくとも95重量%の転化率が達成されるまで実行されるところの請求項1記載の方法。
【請求項８】
炭酸化及び粉砕の段階が、炭酸カルシウムへの少なくとも97重量%の転化率が達成されるまで実行されるところの請求項1記載の方法。
【請求項９】
(a)水酸化カルシウムを用意し、
(b)該水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに少なくとも部分的に転化するのに十分な時間、該水酸化カルシウムを二酸化炭素ガスにより炭酸化し、
(c)該少なくとも部分的に転化された水酸化カルシウムを粉砕し、そして
(d)続いて、該水酸化カルシウムを、炭酸カルシウムへの少なくとも約90重量%の転化率及び少なくとも約90重量%の固体濃度を有する炭酸カルシウムに実質的に転化するのに十分な時間、炭酸化そして粉砕する段階を繰返す
段階を含むところの沈降炭酸カルシウムの製造法。
【請求項１０】
用意された水酸化カルシウムが、最大約10重量%の量で存在する水を伴う、少なくとも約90重量%の固体であるところの請求項9記載の方法。
【請求項１１】
用意された水酸化カルシウムが、約92重量%の固体であるところの請求項10記載の方法。
【請求項１２】
段階(a)において用意された水酸化カルシウムが、
i)水を実質的に含まない水酸化カルシウムを形成するように反応させるのに十分な量で酸化カルシウムと水とを混合し、そして
ii)該酸化カルシウムを水和して、少なくとも約90重量%の固体及び最大約10重量%の量で存在する水を有する水酸化カルシウムを形成するのに十分な時間高められた温度に該混合物を保持すること
を含む段階により製造されるところの請求項9記載の沈降炭酸カルシウムの製造法。
【請求項１３】
高められた温度に該混合物を保持する段階が、酸化カルシウムを水和して、水酸化カルシウムへの少なくとも約95重量%の転化率を有する水酸化カルシウムを形成するのに十分な時間、最大約600°Fの温度で実行されるところの請求項12記載の方法。
【請求項１４】
高められた温度に該混合物を保持する段階が、酸化カルシウムを水和して、水酸化カルシウムへの少なくとも約98重量%の転化率を有する水酸化カルシウムを形成するのに十分な時間実行されるところの請求項13記載の方法。
【請求項１５】
炭酸化そして粉砕する段階が、炭酸カルシウムへの少なくとも95重量%の転化率が達成されるまで実行されるところの請求項9記載の方法。
【請求項１６】
炭酸化そして粉砕する段階が、炭酸カルシウムへの少なくとも97重量%の転化率が達成されるまで実行されるところの請求項15記載の方法。
【請求項１７】
請求項1の方法により製造された炭酸カルシウム生成物。
【請求項１８】
請求項4の方法により製造された炭酸カルシウム生成物。
【請求項１９】
請求項9の方法により製造された炭酸カルシウム生成物。
【請求項２０】
請求項12の方法により製造された炭酸カルシウム生成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通常、沈降炭酸カルシウム(PCC)の製造法及び該方法を使用して製造された生成物に関する。より詳細には、本発明の方法は、石灰又は水酸化カルシウムで開始し、かつ濾過又は乾燥段階なしに最大約10重量%の水を含む沈降炭酸カルシウム(PCC)生成物を製造するのに十分な水を加えて製造され得るところの高固体の沈降炭酸カルシウムを製造する。
【０００２】
本発明の方法に従って製造された炭酸カルシウム粒子は特に、紙のためのフィラーとして、被覆された紙のための顔料として、塗料のための顔料として、ポリマーにおける耐衝撃性改良剤として有用であり、かつ食物、栄養物、化粧品、及び製薬産業において特定の用途を見出し得る。
【背景技術】
【０００３】
沈降炭酸カルシウム(PCC)は、一連の制御された化学反応を経て製造される。沈降炭酸カルシウム(PCC)は通常、水と混合することにより、一般に生石灰と言われる石灰(CaO)をまず消化し、水酸化カルシウムの水性スラリー(石灰乳)を形成することにより製造される。このスラリーは次いで、沈降炭酸カルシウムへと二酸化炭素ガスと反応される。沈降炭酸カルシウム(PCC)のアラゴナイト形態は、上記のガス‐スラリー法を使用してPCCを製造するとき長く細い針として結晶化するところの斜方晶系の形状を有するが、しかし、高固体PCCを製造するために当業者に公知の機械的、熱的、及び/又は他の乾燥手段により脱水されなければならないところの約10重量%〜約30重量%のPCCを含有する低固体スラリーをもたらす。本発明により開示された方法により製造された沈降炭酸カルシウム(PCC)は、少なくとも約90重量%の固体を含む故に、この方法は、10〜30重量%の沈降炭酸カルシウム(PCC)を製造するところの方法より小さな容器及び少ないエネルギーを要求する。
【０００４】
従って、高固体のPCCの製造は、ガス‐スラリー法からこのように製造されたPCCの固体濃度を増加するために、時間、装置、及び労働者コストに加えて、有意の資本及びエネルギーを要求する。
【０００５】
国際特許出願公開第WO00/34182号公報は、石灰からカルシウムイオンを抽出するためにポリヒドロキシ化合物の水性溶液を使用して不溶性不純物を含む石灰、特に、カーバイド石灰を処理して、水のみを使用するより溶液中での石灰のより高い溶解性を達成する方法を教示する。不溶性不純物を除去した後、カルシウム含有生成物の製造のために使用され得るところのカルシウムイオンの精製された溶液が残る。
【０００６】
米国特許第3,150,926号明細書は、過剰の水が加えられるところの、石灰の酸化物又は水和物の形態のいずれかにおいて、石灰の機械的に流動化された層を炭酸化することにより炭酸カルシウムを製造する方法を教示する。過剰の水は、発熱性の水和及び炭酸化段階の間に過熱そして結果として生ずるアグロメレーション又は溶融を防止するのに十分に低い温度を維持するために必要である。水和の間に、温度は好ましくは、125°F〜220°Fの範囲に保持される。石灰石をか焼することにより製造されたような石灰が出発物質として使用されるとき、種々の破砕、粉砕及び篩段階が水和に先立って実行される。
【０００７】
欧州特許第0912238号公報は、液体状の反応混合物から沈降により無機及び有機粉末を製造する方法を教示する。該方法は、反応混合物と実質的に非混和性である分離液体の別個の体積により分離された反応混合物の別個の体積から構成される分割された反応流を管状反応器に沿って通過することを含む。該方法は特に、オキサレート、サルファイド、及び混合サルファイドの製造に有用である。更なる可能性は、沈降アニオンを生成するために加熱されるところの尿素の存在下に水性又はアルコール性媒体中における沈降又は共沈による酸化物、混合酸化物、炭化物、混合炭化物、水酸化物、及びヒドロキシカーボネートの合成を含む。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
水酸化カルシウムを用意し、そして該水酸化カルシウムを二酸化炭素ガスにより炭酸化しかつ粉砕し、ここで、これは、未反応の水酸化カルシウムを二酸化炭素ガス流と接触させかつ反応させることを許すために未反応の水酸化カルシウムを露出して、少なくとも約90重量%からの、炭酸カルシウムへの水酸化カルシウムフィードの転化率を有しかつ少なくとも約90重量%の固体濃度を有する炭酸カルシウムを製造するところの段階を含む、沈降炭酸カルシウムの製造法が提供される。
【０００９】
また、水酸化カルシウムを用意し、該水酸化カルシウムを二酸化炭素ガスと反応させて水酸化カルシウム/炭酸カルシウム混合物を製造し、この混合物を粉砕し、そして続いて、この混合物が、少なくとも約90重量%の固体濃度を有する少なくとも約90重量%の炭酸カルシウムに実質的に転化されるまで、該水酸化カルシウムを二酸化炭素ガスと反応しかつ該水酸化カルシウム/炭酸カルシウム混合物を粉砕する工程を繰返すことを含む、沈降炭酸カルシウムの製造法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、少なくとも約90重量%の沈降炭酸カルシウム(PCC)を製造する方法を提供する。この方法により生成されるそのように製造された物質の典型的な水分範囲は好ましくは、濾過又は乾燥段階を使用せずに約3重量%〜約10重量%である。該方法は、濾過又は乾燥なしで、少なくとも約90重量%の固体の沈降炭酸カルシウム(PCC)を直接合成するために、石灰から得られ又は製造されるいずれかの水酸化カルシウムを二酸化炭素ガスと反応させることを要求する。より詳細には、本発明の方法によれば、水和された石灰フィードが二酸化炭素ガス流と反応させられ、かつ、同時又は交互にのいずれかで粉砕されて、少なくとも約90重量%の沈降炭酸カルシウム(PCC)を製造する。水和された石灰は、石灰を水と反応させることにより作られる水酸化カルシウムである。水和された石灰は、市販の石灰から製造され得、又は原料として購入され得る。本発明の方法は、生成物の合計重量に基づいて、少なくとも約90重量%の固体濃度を有する高固体PCCを製造する。
【００１１】
消化
本明細書で定義される消化は、石灰を水と反応させて、水酸化カルシウムを製造し、及び/又は最大約10重量%の水分に水酸化カルシウムを調節することを意味する。好ましくは、水和された石灰の固体濃度は約90重量%を超え、かつ最も好ましくは約90重量%〜約92重量%の間である。この水和された石灰フィードの固体濃度は、最大600°F(315℃)の消化温度を生ずる一方、また、少なくとも約90重量%の沈降炭酸カルシウム(PCC)の製品を粉砕により最終的に提供するために炭酸化のために十分な水を提供する。
【００１２】
消化は最も好ましくは、最大約600°F(315℃)の温度で約92重量%の消化固体を製造するために行われる。消化は、高固体濃度を有する水和された石灰への転化が実質的に完結するまで続けられ、好ましくは約90重量%〜約97重量%の固体濃度、及び最も好ましくは約92重量%の固体を有する水酸化カルシウムへの少なくとも90%の転化率のときに終了される。例えば、約50ポンドからの水を約75ポンドの石灰と混合するとき、消化は通常、約30分間〜約60分間で達成されて、約90〜約97重量%の固体を有する約95〜100ポンドの水和された石灰を製造する。
【００１３】
炭酸化及び粉砕
水和された石灰に含まれる水酸化カルシウムは次いで、それを二酸化炭素ガスと反応させることにより炭酸化に付されて、沈降炭酸カルシウムを製造する。PCCの製造のための慣用のスラリー法とは異なって、本発明に従う炭酸化段階は、二酸化炭素ガスの何らの冷却をも必要としない。炭酸化のための二酸化炭素ガスの性質はとりわけ重要ではなく、純粋な二酸化炭素ガス又は液体状二酸化炭素が使用され得るけれども、湿式スクラビングされたガス中に見出されるような窒素又は空気のいずれかの中の二酸化炭素の標準混合物が十分である。水和された石灰の炭酸化は、炭酸カルシウムへの転化率、即ち、水酸化カルシウムから沈降炭酸カルシウム(PCC)への転化率が少なくとも約90重量%まで続けられる。好ましくは、水が炭酸化の間に加えられて、およそ約90〜約97重量%で混合物の固体濃度を維持する。最も好ましくは、水が加えられて、炭酸化の間に、約90重量%〜約92重量%の水酸化カルシウム/炭酸カルシウム混合物の固体濃度を維持する。
【００１４】
本発明によれば、炭酸化段階と同時又は交互にのいずれかで生ずる粉砕は、未反応の水酸化カルシウムを露出するために実行されて、炭酸化反応の間に炭酸カルシウムへの高程度の転化率を達成する。本明細書において使用されている術語「粉砕」は、処理されるべき物質の水酸化カルシウム成分を粉みじんにし、砕き、粉砕し、破壊し、又はさもなければ露出し、かつ限定されるものではないが、それらを達成するための何らかのミリング、グラインディング、又はパルバライジング段階を含むところの任意の方法を意味する。
【００１５】
粉砕が炭酸化と交互に実行されるべきであるとき、炭酸化反応は、例えば、二酸化炭素ガスで40ポンド/平方インチに加圧されたパイプのような加圧された容器を使用して実行され得て、典型的には、炭酸カルシウムへの水酸化カルシウムの90%より大きい転化率を達成する。得られた炭酸カルシウム/水和された石灰の混合物は次いで、加圧された配管からそれを取り除くことにより、かつ小さなバッチの場合に、乳鉢と乳棒、コーヒー粉砕機、又は他のそのような装置を使用して該混合物を手粉砕することにより一連に粉砕される。該混合物は再び、加圧されたパイプに入れられ、炭酸化に付され、取り除かれ、そして粉砕され、これらの段階は、炭酸カルシウムへの転化率が少なくとも約90重量%であるまで一連に続けられる。一連の段階において炭酸化そして粉砕が繰返されるこの方法は、少なくとも約90重量%の炭酸カルシウムへの転化率を立証した。
【００１６】
粉砕はまた炭酸化と同時に実行され得る。この同時の反応を実行するのに有用な粉砕装置は、反応の間に粉砕/攪拌するための種々の径及び重量の粉砕手段を組み込んでいるところのタンブラー又はボールミルであり得る。連続的なバッチ反応を達成することにおいて有用な替わりの装置は、二酸化炭素ガス供給を新たに装備されているところのミキサーであり、かつ粉砕手段を使用し、かつ好ましくはまた、回転するスクレーピングブレードを組み込まれていて、処理の間にミキサー壁に対しての物質の固着を防止し、これら両方により、より完全な粉砕を提供する。使用される粉砕装置にかかわらず、粉砕の必要な要件は、炭酸化の間に炭酸カルシウムへの未反応の水和された石灰フィードの転化を許すために未反応の水和された石灰フィードの内部を繰り返し露出することが必要とされることである。手段の負荷、運転時間、二酸化炭素ガス濃度、二酸化炭素ガス速度、又はこれらのファクターの任意の組み合わせを変化させることにより、粉砕の程度は、未反応の水和された石灰フィードの露出及び転化を達成するために調節され得る。この同時の炭酸化及び粉砕を使用して達成されたPCC転化率は、より詳細に下記において述べられるように高固体沈降炭酸カルシウム生成物への実質的に完全な転化を達成する。
【００１７】
このように製造された沈降炭酸カルシウムは、フィラー、乾燥コーティング用途、及びプラスチック製造添加剤のためにそのまま使用され得る。高固体を有するこのように製造された沈降炭酸カルシウムはまた包装されて、そしてフィラー及びコーティング用途に使用するための末端使用者に配達される。あるいは、更なる仕上げ段階が、このように製造された沈降炭酸カルシウムに実行され得て、塗料、プラスチック、及びヘルスケア製品の製造において有用な高純度PCCを製造するために、例えば、マグネシウム及びシリカ含有化合物のような残存する不活性物を取り除く。
【００１８】
特定の実施例及び表
下記の限定するものではない実施例は、本明細書において構想された本発明の特定の実施態様をより詳細に教示しかつ記述するために提供される。しかし、これらは、説明の目的のみのためであり、かつ本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。例えば、濃縮された二酸化炭素ガス源と組み合わされた高強力手段ミルのような重要でない変更及び改変が、本明細書に特に意図されていないところのプロセスパラメーター及び構成要素になされ得ることが認識される。しかし、任意のそのような変更又は改変が、プロセス又は最終製品を大いに変え又は影響を及ぼさない程度に、そのような変更がまた、特許請求の範囲により定義された本発明の精神及び範囲内となることが理解されなければならない。
【００１９】
出発フィード物質及び消化プロセス
本発明に従う沈降炭酸カルシウムを製造するために使用される出発フィード物質は、市販の石灰供給源を消化することにより製造される主成分として水酸化カルシウムを有する水和された石灰(水和物1及び2)、及び市販の水和された石灰(水和物3及び4)の両方であり、これらの化学組成は下記の表1に挙げられている。
【００２０】
【表１】
2005529827.tif 000002
【００２１】
上記のMississippi石灰及び水和物物質は、Mississippi Lime Company, Ste. Genevieve, Missouriから市販されており、かつ上記のBeachville石灰原料は、Carmeuse Group North America, BeachvillePlant, Ingersoll, Ontario, Canadaから市販されている。夫々、水和物1及び2として上記の表1において同定されている水和物は、Mississippi及びBeachville市販石灰を消化することにより製造された。上記の表1に記載された化学組成を有するMississippi及びBeachville石灰は、1ポンドの石灰当り約0.7ポンドの水の重量比において水で消化された。より詳細には、水和物1を製造するために、75ポンドの石灰が、発熱の消化反応を許すために32分間に亘って、68°F(20℃)で53.1ポンドの水を加えることにより消化されて、最大約600°F(316℃)の反応温度に達した。この高められた温度は、水酸化カルシウムの分解が、およそ約600°F(316℃)で生ずるところより低い温度に保持され、そして次いで、完結したときに200°F(93℃)未満に下げられた。消化プロセスの温度プロフィールは下記の表2に記載されている。
【００２２】
【表２】
2005529827.tif 000003
【００２３】
上記の消化プロセスが、Beachville市販石灰の出発フィードを使用して繰返されて、上記の表1に記載された性質を有する水和物2を製造した。
【００２４】
実施例セット1  交互の炭酸化及び粉砕
これらの実験の間に高圧の二酸化炭素ガスの効果を調査するために、水酸化カルシウムが密閉されたパイプに入れられ、そして該パイプは、高圧の二酸化炭素ガスを使用して40ポンド/平方インチに上昇された。該パイプの内容物は約5分間反応を許され、該容器は次いで圧力を下げられそしてパイプからの物質が分析された。
【００２５】
結果は、沈降炭酸カルシウム(PCC)へのおよそ約10重量%の転化率が生じたことを示した。この混合物は続いて、乳鉢乳棒及び/又はコーヒー粉砕機を使用して手粉砕され、そしてパイプに再チャージされた。ここで、パイプは二酸化炭素ガスで40ポンド/平方インチに再加圧され、そして更に5分間反応を許した。該混合物はパイプからどっと出され、そして再分析され、かつ沈降炭酸カルシウム(PCC)への更におよそ約10重量%の転化率が生じたことが観察された。この発見は、粉砕が水酸化カルシウム/PCC混合物の転化を維持するための重要な要素であったことを示した。表3は、約96.6重量%より少なくとも大きい沈降炭酸カルシウム(PCC)への混合物の転化率がこの方法を使用して生じたところの種々の実施例を示している。
【００２６】
【表３】
2005529827.tif 000004
【００２７】
表3におけるデータは、高固体、即ち、90重量%を超える固体、かつ最も好ましくは約90重量%〜92重量%の固体を有する水和された石灰フィードにおいて炭酸化と一連に行われる粉砕を使用するとき達成される炭酸カルシウムへの高転化率を立証する。より詳細には、91.9%の固体の水和された石灰フィードを使用して製造された試料No.1は、炭酸カルシウムへの98.5%の転化率を達成した。92.2%の固体の水和された石灰フィードを使用して製造された試料No.2は、炭酸カルシウムへの99.0%転化率を達成した。92.4%の固体の水和された石灰フィードを使用して製造された試料No．3は、97.6重量%の固体を有する炭酸カルシウムへの96.6%の転化率を達成した。表3は、少なくとも96.6重量%の沈降炭酸カルシウム(PCC)への水酸化カルシウムの転化率が、高固体フィードを含む炭酸化を伴う水酸化カルシウムフィードを粉砕することにより達成され得ることを示している。
【００２８】
実施例セット2  同時の炭酸化及び粉砕
タンブラーが、ボルト締めされたフランジリング及び直径において約14インチのエンドプレートで取り付けられた12インチ長、12インチ直径のパイプを使用して製造された。4個の等しく間隔を開けられた1/4インチ幅の内部バッフルが、パイプ内に長手方向に据え付けられた。エンドプレートは、二酸化炭素ガスフィード供給のための入口及び蒸気除去のための出口を備えられていた。タンブラーは、Mississippi市販石灰(即ち、上記の水和物1)から製造された300グラムの水和された石灰を仕込まれ、かつ粉砕手段が使用されなかったところの比較例(試料No．4)を除いては種々の直径及び負荷の粉砕手段を仕込まれた。
【００２９】
タンブラーは、25回転/分でタンブラーを回転したところの実験室規模の一対のロールの水平ローラー上に据え付けられた。このタンブラー装置のためにこれは、粉砕手段がタンブラー壁ぶつからないが固着する速度を越える臨界速度に接近した。回転の間に、タンブラーは、粉砕と同時に炭酸化反応を達成するために14.5体積%の二酸化炭素ガスで3.46立方フィート/分で供給されて、PCCへの水酸化カルシウムの転化を達成した。このためのプロセスパラメーター及び性質は下記の表4に記載されている。
【００３０】
市販の水和された石灰の使用を評価するために、比較試料No．12及び試料No．13がまた、下記の表4に記載されているプロセスパラメーターで、水和された石灰フィードとして、上記の表1に記載された化学組成を有するVertical/Codexカルシウム水和物(即ち、上記の水和物4)を使用して上記のようにタンブラー中で製造された。
【００３１】
【表４】
2005529827.tif 000005
【００３２】
表4におけるデータは、少なくとも約91重量%の固体を有する水和された石灰フィードにおいて炭酸化と同時の粉砕を使用するとき達成された炭酸カルシウムへの高転化率を立証する。より詳細には、約94.7%〜約94.8%の固体を有する水和物フィードと二酸化炭素とを使用して製造された試料No．5〜8は、約90重量%の固体濃度を持つ約95.0%〜約97.3%の炭酸カルシウムの転化率を達成した。これは、94.8重量%の固体を有する水和物フィードで粉砕手段を使わずに達成された比較試料4の45.7%の転化率と比較される。
【００３３】
試料No．9〜11は、14.5体積%の濃度において3.46立方フィート/分で提供された二酸化炭素ガスを伴って8回転/分及び25回転/分において異なった手段寸法及び負荷を使用して操作して、更に、より高い転化率を有するPCCを製造するために仕込み手段の量及びタンブラー速度の両方を増加することの有利な効果を説明する。より詳細には、91.7重量%の固体の水和物の仕込みにより開始するとき、8回転/分のタンブラー速度は、同一量の仕込み手段で25回転/分のタンブラー速度を使用して得られた約94.1%の増加された転化率(試料9)と比較するとき、約91.4%のPCCへのより低い転化率(試料10)を与えた。25回転/分のタンブラー速度を持つ手段の仕込みを更に増大すると、約96.9%の転化率が得られた(試料11)。全ての三つの試料9〜11は約91%のPCC固体を製造した。
【００３４】
該データはまた、水和された石灰が、好ましくは約8重量%〜約10重量%とほぼ等しい量における水と共に供給されるとき、市販の水和された石灰がまた本発明の方法のためのフィードとして使用され得ることを示している。特に、約99.4重量%を有する水和された石灰フィードを使用して製造された比較試料No．12は、約14.4重量%の転化率をもたらす一方、約93.4重量%の水和された石灰のより低い固体を有する試料13は、約85.1%への転化率を示した。
【００３５】
実施例セット3  同時の炭酸化及び粉砕
StowCo. Binghamton, New Yorkにより製造された市販等級のモルタルミキサーは、二酸化炭素ガス供給配管及び、炭酸化の間の温度保持及びダスト制御のための水スプレーを提供するためのモルタルミキサー容器の内側に位置された水スプレーノズルを持つ水供給配管を新たに装備された。水和された石灰フィード及び手段がミキサーに仕込まれ、そして該ユニットは攪拌されかつガスで処理されて反応を完結した。モルタルミキサーの内壁に対して混合物の固着を防ぐことを助けるために、ゴムが先端に付けられた又はステンレス鋼製の固定ワイパーがまた、モルタルミキサーの内側に備えられて、モルタルミキサー容器の回転の間に壁を連続的に掻かきとり、並びに、反応段階の間に要求される粉砕を生ずるために手段を持ち上げた。
【００３６】
より詳細には、モルタルミキサーは、16ポンド及び24ポンドの水和された石灰並びに15ポンド、25ポンド、及び50ポンド負荷の1/4インチ径の粉砕手段を仕込まれた。水は、炭酸化により発生された熱を取り除く一方、最適な固体濃度での反応を維持するための速度で供給された。比較例(比較試料No．14)はまた、粉砕手段を伴わずに32ポンドの水和された石灰フィードを使用して操作された。約17.0%〜約17.8%の濃度及び約14.2立方フィート/分の流速の二酸化炭素ガスが、約75分間〜約120分間の変化する時間、ミキサーに室温で供給されて、最大約97.6%のPCCへの消化物の高い転化率を生じた。
【００３７】
試料14〜17及び20〜21は、Mississippi市販石灰から製造された水和された石灰(即ち、上記の水和物1)を使用して製造された一方、試料18は、Beachville市販石灰から製造された水和された石灰(即ち、上記の水和物2)を使用して製造され、かつ試料19は、Mississippi市販の水和された石灰(即ち、上記の水和物3)を使用して製造された。これらのプロセスパラメーター及び性質は下記の表5に記載されている。更に、試料14〜17及び20はゴムを先端に付けられたワイパーを使用して製造された一方、試料18、19、及び21はステンレス鋼製ワイパーを使用して製造された。
【００３８】
【表５】
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【００３９】
表5中のデータは、より高い固体濃度、即ち、90重量%を超える固体濃度を有する水和された石灰フィードを含む、固体の範囲を有する水和された石灰フィードにおいて炭酸化と同時の粉砕を使用するとき、約98%の沈降炭酸カルシウムへの高い転化率が達成されたことを証明する。より詳細には、一定の速度(14.2立方フィート/分)及び比較的一定の濃度(17.0体積%〜17.7体積%)で供給される二酸化炭素ガスと共に一定の回転速度で増加する手段負荷を使用して製造された試料No.15〜21は更に、より高い転化率を有するPCCを製造するために仕込み手段の両方の量を増加することの有利な効果を説明する。より詳細には、25ポンド及び50ポンドの増加された手段負荷を有する試料18〜21は、手段を使用せずかつ約88%の最も低い転化率をもたらした比較試料14よりPCCへのより高い転化率(96.3%〜97.6%)を示す。
【００４０】
1/4インチ径の仕込み手段の15ポンドの手段負荷のために、試料15及び17は、120分の操作時間の後により低い最終固体濃度において増加する転化率を示す。25ポンドの仕込み手段のために、試料18及び19は、より低い固体を維持することが転化率を増加させることを示している。更に、3倍より大きい仕込み手段(50ポンド、1/4インチ径)を持つ、試料15〜17のバッチサイズの1.5倍のバッチサイズを使用したところの試料20及び21は、120分間に対して90分間のより短いガス時間において増加する転化率の生産性を示す。更に、より多くの手段及び/又はより低い最終生成物水分を有する試料17〜21は全て、試料14〜16の手段のない又はより低い手段の場合より高い転化率を有する。
【００４１】
従って、本発明に従う方法は、最小の脱水又は乾燥を要求し、それにより、大きなフィルター及びドライヤーの必要性を削除する反応段階を使用して、少なくとも90重量%の固体を有する高固体PCCを製造する。水酸化カルシウムへの二酸化炭素ガスの添加、又はあるいは水酸化カルシウムへの二酸化炭素ガスの添加、それに続く、粉砕そしてガスと共に再仕込みすることそしてこのサイクルを繰り返すことのいずれかの間に十分な粉砕を達成することにより、約100重量%の沈降炭酸カルシウム(PCC)の、炭酸カルシウムへの転化が達成され得ることを立証する。ガス‐スラリー法のために典型的に実行される広大な乾燥段階を削除することにより、本発明の方法はPCCを製造するための方法を簡単にし、それにより、フィラー、コーティンググレードスラリー用途、乾燥コーティング用途、プラスチック製造添加剤における用途、並びに塗料、プラスチック、及びヘルスケア製品のためのPCCを、最小の追加の仕上げ段階を伴って製造することにおける用途のための低コストPCCを提供する。
【００４２】
高固体PCC又は更に改質されたPCC製品を製造するための出発フィードとして本発明の従う方法により製造された物質(即ち、むしろ慣用のスラリー)を使用することは、後処理のための小規模な装置の使用を許す一方、貯蔵及び輸送要求を減じる。
【００４３】
更に、スラリーを使用する慣用のPCC製造法と異なって、該方法は有意の更なる操作上の利点を提供する。それは、冷却すること、水消費を削減すること、及びこのプロセスにガスを届けるための低エネルギーコンプレッサーの使用を許すことなしに二酸炭素ガス供給を使用することを可能にする。更に、本発明の従う方法は、湿性廃棄物及びそれに関連する廃棄コストを減じると共に、消化のために典型的に使用される大部分の水を削除する。
【００４４】
本発明の実施態様及び適用が示されかつ開示された一方、変形及び実施態様が本明細書に開示された発明の概念からそれることなしに可能であることが、当業者に認識されるであろう。例えば、実施態様が、特定のガス接触及び粉砕装置に関して上記で示されかつ開示されているけれども、他の類似の装置が、本発明の方法に従う高い消化物転化率を生ずるために炭酸化の間に未反応フィードを同時に又は交互に露出するために採用され得ることは当業者に明らかであろう。これに関して有用なガス接触装置は、ガス供給を新たに装備されたところの種々の市販のミルを含み得て、同時に達成されるべき炭酸化及び粉砕を許す。これに関して典型的な粉砕装置は、空気分級ミル、ハンマーミル、ジェットミル、ピンミル、ディスクミル、コロイドミル、攪拌されるボールミル、サンドミル、又は他の当業者に公知のミルを含む。
【００４５】
他のマテリアルハンドリング装置、例えば、ブレンダー、コンベア、ドライヤー、及びガス供給を新たに装備された他の容器がまた、本発明に従う方法を実行するためのガス接触器として使用され得る。これに関して典型的なブレンダーは、シングルコーン、ダブルコーン、「V」コーン、及び連続式ブレンダー、並びにセメントミキサーを含む。これに関して典型的なコンベアは、ヘリカルスクリュー又は溝付きシャフト構成において与えられ得るところのシングルスクリュー又は多重スクリューコンベアを含む。これに関して典型的なドライヤーはスプレー、フラッシュ、ロータリー、トンネル、及びトレードライヤーを含む。これに関して典型的な容器構成は、円筒状、多角形、長円形、及び丸いの断面を有するものを含む。別の粉砕装置と組み合わされて使用されるとき、これらのマテリアルハンドリング装置は、上記で詳細に述べられたように交互の炭酸化段階を達成するために使用され得る。これらのマテリアルハンドリング装置において粉砕手段を提供しかつ使用することにより、炭酸化及び粉砕が同時に実行され得る。更に、追加の内部の攪拌(例えば、攪拌ブレード、インペラー、及び内部バッフル)がまた、炭酸化反応を更に高めることが物理的に可能なところのブレンダー、ドライヤー、及び容器と共に採用され得る。
【００４６】
更に、実施例が、特定の水和された石灰フィードを使用するより小さなバッチ法に関して上記で示されかつ開示されたけれども、これらの方法が他の石灰又は水和された石灰源からのフィードを使用すると共に、フルスケールのバッチ又は連続反応として提供され得ることは、当業者に明らかであろう。乾燥、分級、粉砕、表面処理を含む追加の下流の仕上げ段階がまた、所望の最終製品の特性を達成するために採用され得る。
【００４７】
それ故、添付した特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲内に属する全てのそのような変形及び実施態様を包含することが意図される。
【国際調査報告】
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