(57)【要約】粗製シリカ、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムがボールミルの中で粉砕助剤及び低温強度バインダーと共に処理されるところの方法が開示される。この物質は、次に水で凝集化されて、高温において、例えば流動床反応器において反応する生成物を形成し、合成シリケートを生成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗製シリカ、酸化カルシウムの源及び酸化マグネシウムの源、粉砕助剤、及び低温強度バインダーをボールミル中で混合して、第１の混合物を製造する第１工程；第１の混合物を凝集化ミキサー中で水と一緒にして、第２の混合物を製造する第２工程；及び第２の混合物を反応器に供給し、そして加熱して、合成シリケートを製造する反応を実行する第３工程を含む方法。
【請求項２】
粗製シリカが、少なくとも９５重量％の、約１００マイクロメートル〜約１０００マイクロメートルの範囲のサイズの砂粒子からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
砂粒子のサイズ範囲が、約１５０マイクロメートル〜約６００マイクロメートルの範囲である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも８０重量％の粒子が２５０マイクロメートル以上の球換算直径を有し、残りは２５０マイクロメートルより小さいような分布を前記砂粒子が有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
酸化カルシウムの源が水和された酸化カルシウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
酸化マグネシウムの源が水和された酸化マグネシウムを含む、請求項１に記載の方法
【請求項７】
酸化カルシウムの源又は酸化マグネシウムの源又は両方が、サイズが約２５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲の粒子からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
酸化カルシウムの源又は酸化マグネシウムの源又は両方が、１００重量％の水和度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
低温強度バインダーが、アルミン酸カルシウムセメント又は焼成マグネシアバインダーである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ボールミルから出る物質の８０重量％が１５０マイクロメートルより細かくなるようにボールミルが運転される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ボールミルが運転されて、前記物質の高い程度の均質性を達成し、かつ該物質の表面の効果的な向上、並びに下流の反応器における反応のために物質のサイズの縮小の制御を得る、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
表面の向上が、触媒の量の少なくとも９０重量％の減少がなされるようなものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
凝集化ミキサーへの供給が高められ、その結果、反応が完了の７５重量％の程度まで起きる点まで均質化された凝集体を生成するようなサイズ及び性質を有する生成物を製造する様式でボールミルが運転される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ミキサーがピンミルミキサーであり、ボールミルの生成物及び水が混合されて、ミキサーを出るとき、少なくとも５０重量％が１，０００マイクロメートル〜３５ミリメートルの範囲内の粒子である粒状物質を生成するように該ピンミルミキサーが運転される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
反応器が流動床反応器である、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
セラミック及びガラスに基づく産業において、先駆的な物質として合成シリケートの使用が公知である。先行の方法により達成された恩恵は、合成シリケート錠剤、例えば米国シリアル番号０８／７０８，２４６、０９／００１，３３５及び関連する出願に記載された錠剤の製造により実現された。そのような方法は、パンペレタイザ（ｐａｎ  ｐｅｌｌｅｔｉｚｅｒ）バインダー物質、粗製シリカ、及び触媒を含む種々の装置及び物質を使用する。そのような方法は、その技術における進歩を示すが、それらはまだ問題及び限界を受けやすい。問題のいくつかは、パンペレタイザー及び他の装置の運転における過度の人力、及び、回転炉に基づく方法において必要とされる物質としてのバインダーの使用を含む。従来の方法は、原料の未反応物質、例えば水、酸化ケイ素、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウム源、これらは次に反応されて所望される合成シリケートを生成する、の生成を含む。「グリーン」ペレットと命名されたそのような未反応物質は、反応の前に乾燥されなくても乾燥されてもよい。バインダーは、反応に先立つランプアップゾーン温度における回転炉の応力に付されるとき、グリーンペレットの分解を防ぐために必要とされる。加えて、触媒は、原料としてより粗いシリカが使用されたとき、完全で均質な反応を与えるために必要とされる。このように、そのような合成シリケートを製造するための、単位操作及び全体の方法における改善が必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明の目的は、合成シリケート物質を製造するために使用される装置の運転における人力を減らすことである。
【０００３】
本発明のもう１つの目的は、ピンミルにおいて粗製シリカを使用することである。
【０００４】
本発明のさらにもう１つの目的は、触媒の使用なしでシリカ砂を用いるとき、高い反応度を達成することである。
【０００５】
本発明のさらにもう１つの目的は、高温における塊の分解をバインダーの使用なしで防ぐことである。
【０００６】
これら及び他の目的は、本発明により与えられる。
【０００７】
本発明は、合成シリケートの製造方法である。該方法は、粗製シリカ、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、粉砕助剤（ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ａｉｄ）及び、低温強度（ｃｏｌｄ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）バインダーをボールミルで一緒にし、次に凝集化及び反応を行い、合成シリケートを製造する。削減された人力、バインダー及び触媒物質費用において、特別な利点が、そのような方法により得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の１つの態様は、粗製シリカ、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムの源、粉砕助剤及び、低温強度バインダーをボールミルで一緒にする第１の工程；第１工程の物質を凝集ミキサーにおいて水と一緒にする工程、及びミキサーにより製造された物質を反応させる第３の工程を含む。
【０００９】
粗製シリカは、少なくとも９０重量％の、好ましくは、約１００マイクロメートル〜１０００マイクロメートル、より好ましくは約１５０マイクロメートル〜約６００マイクロメートル、更により好ましくは約２５０マイクロメートル〜約６００マイクロメートルの範囲のサイズの粒子を含む。そのような砂は、沈殿されたシリカ又は自然砂、又は選鉱された砂（ｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｅｄ  ｓａｎｄ）であり得、混入物もまた含み、当業者はそれを処理したい又は除去したいと望むかもしれないし、望まないかもしれない。そのような砂の粒子は、種々の粒子サイズ分布であり得る。例えば、分布は、粒子の少なくとも８０重量％が２５０マイクロメートルに等しいか又はより大きく、残りが２５０マイクロメートルより小さいことができる。そのような分布は、当業者による意図された用途に従って変化するだろう。粒子サイズ分布は、１モード、２モード、又は任意の他の種類の多モードであり得る。加えて、分布は上又は下を切除されたセットを有し得る。
【００１０】
酸化カルシウムの種々の源が使用され得る；好ましくは、これらは酸化カルシウムの水和された源である。そのような源は、ドロマイトの石灰岩、焼成された石灰岩、又は任意の種類の市販入手可能な源を含むが、それらに限定されない。同様に、好ましくは、酸化マグネシウムの水和された源である酸化マグネシウムの種々の源が使用され得る。そのような源は、ドロマイトの石灰岩、酸化マグネシウム、又は任意の種類の市販入手可能な源を含むがそれらに限定されない。酸化カルシウム及び酸化マグネシウムは、例えば、石灰岩、及びドロマイトを含み得る。好ましくは、これらの物質の粒子サイズは、約２５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルに渡ることができる。これらの源の水和の程度は、１００重量％であり得るが、本発明の目的を達成するために十分でありさえすれば、より少なくてもよい。
【００１１】
本発明において使用可能な粉砕助剤は、装置の美しさを維持するのを助け得、粉砕装置を通る物質の流れを促進し得る。そのような粉砕助剤は、本発明において使用される装置における粉砕用の固体物質の技術において典型的であるものを含む。
【００１２】
本発明において使用される低温強度バインダーは、環境温度で使用可能な任意の適するバインダーであり得る。そのようなバインダーは、アルミン酸カルシウムセメント、焼成マグネシアバインダー（ｃａｕｓｔｉｃ  ｍａｇｎｅｓｉａ  ｂｉｎｄｅｒ）、有機バインダー、例えばリグニン、及び同等のバインダーを含むがそれらに限定されない。
【００１３】
ボールミルは、出てくる物質が好ましくは８０重量％が約１５０マイクロメートル、より好ましくは約７５マイクロメートルより細かくなるように、運転される。ボールミルは、ミルに供給される物質の高い程度の均一性を達成するように運転される。加えて、運転条件は、物質の表面の効果的な向上並びに下流の反応器における反応のために物質のサイズを小さくする制御を得るよう、コントロールされる。表面の向上とは、反応器における該物質の下流の反応を妨げるような混入物がない、又は少なくとも減少されているということである。そのような向上は、好ましくは、下流の反応のために必要とされる触媒の量の減少が起きる程度まで行われる。好ましくは、この減少は、少なくとも５０重量％、より好ましくはこの減少は少なくとも９０重量％であり、さらにより好ましくは触媒の必要性が実質的に除外される。加えて、ボールミルは、凝集化ミキサーへの供給を加速するようなサイズと性質の生成物を製造するように運転される。そのような向上された供給は、均質で、その結果、高い程度の完了まで反応が起き、その結果少なくとも７５重量％、より好ましくは少なくとも８５重量％の反応物が化学転化を受けるような凝集物を製造するだろう。
【００１４】
ミキサーは、本明細書に記載された供給物質を扱うのに適する、任意のミキサータイプであり得る。そのようなミキサーは、ボールミル生成物及び水を含む供給物質を、少なくとも５０重量％が１ミリメートル〜３５ミリメートルの範囲内、より好ましくは少なくとも７５重量％が１ミリメートル〜３５ミリメートルの範囲内であるところの出口物質（ｅｘｉｔ  ｍａｔｅｒｉａｌ）に凝集させるだろう。好ましいミキサーは、ピンミルミキサー、又は撹拌ミキサーである。ミキサーの運転は、水及びボールミルの生成物が添加される速度、並びに軸の回転制御により、上で述べられた程度の凝集を達成するように制御される。ミキサーは、ボールミルと共に、選択された反応器の装置に適する生成物を製造するように運転されることができる。例えば、凝集の程度は、回転炉又は流動固体（ｆｌｕｏｓｏｌｉｄ）炉又は流動床反応器のいずれかを反応器装置として使用することを許すように制御され得る。ボールミル及びミキサー、例えばピンミキサーの組合せのそのような使用は、シリケートがバインダーの使用なしに形成されるところの流動床への反応器供給のより大きい制御を可能にする。この組合せによって達成されるところの、上に述べられた凝集体は、流動床反応器における合成シリケートの成功する形成のための重要なサイズの条件を満足するだろう。
【００１５】
本発明において使用可能な反応器は、任意の高温固体状態反応器、例えば回転炉及び流動床反応器であるが、それらに限定されない。そのような反応器の例は、米国特許第 ５，８７６，６７９号及び第３，９０４，３７５号に見られることができ、それらに引用された参考文献は全て引用することにより本明細書に取り込まれる。そのような流動床反応器は、回転炉において典型的である反応時間よりかなり短い反応時間を有する。好ましい流動床反応器は、セラミックの内面（ｌｉｎｉｎｇ）を有するものである。本発明においてそのような反応器は、回転炉よりかなり低い費用で、またかなり低い温度において運転するという利点を有する。そのような下げられた温度は、表面の向上及び上で記載されたボールミルとミキサーの組合せにより達成された他の利点のために可能である。ボールミル、ミキサー及び流動床反応器の組合せは、以前の方法より高い反応度を許し、より短い時間を必要とし、より少ない物質の応力（ｓｔｒｅｓｓ）を誘発する。本発明の１つの態様は、図１に示されたブロック図により表される。ドロマイト石灰岩がハイドレーター１に供給されて、水和されたドロマイト石灰岩を製造する。この石灰岩生成物は次にボールミル２に送られ、そこに砂が低温強度バインダー及び粉砕助剤と共に添加される。ボールミル２は環境条件下で、砂のサイズの減少並びに刷新された砂の表面とともに、ミキサー中における均質性の高い程度を達成するために十分な長さの時間の間、運転される。ボールミル２は、運転されて、ミルを出て行く粒子の７５重量％より多くが７５マイクロメートルより小さいサイズを有する生成物を形成する。このボールミル生成物は、次に水と共にミキサー３に供給され、ミキサー３は、約１５重量％の水含有量を有する、主に１ミリメートル〜３５ミリメートルのサイズの凝集体を生成する。この凝集化された物質は次に乾燥機４に十分な温度において実質的にすべての遊離の水を取り去るのに十分な時間供給される。乾燥された凝集体は、次にスクリーン５を通して篩にかけられ、１，０００マイクロメートルより小さい細かい粒子を除去する。残った物質は次に、１，２５０〜１，３５０℃の温度において運転している反応器６に供給される。酸化カルシウム、酸化マグネシウム、及びシリカ物質の反応が起き、所望される合成シリケート物質を生成する。流出する物質は、反応器６から生成物として集められる。任意的な篩い分け又は粉砕は反応器６の後に行われ得る。
【００１６】
以下の実施例は、本発明の１つの態様を説明することを意図するものであり、それらの限定となるためではない。図２は、例示された方法の説明として参照される。
【実施例】
【００１７】
４３．２５重量部のドロマイト石灰岩、５０．９５部の砂、０．９４部の焼灼剤の50％溶液、２．５部のアルミナ、及び、１７．６４部の水、これは一緒にされた、水和の水及びハイドレーターから水蒸気として失われた水を表す、の添加によりハイドレーター１においてバッチが製造された。成分はよく攪拌され、次いでボールミル２に供給された。ボールミル２は高クローム媒質の内面を有し、連続式において運転する。砂、バインダー及び粉砕助剤は、連続法において添加される。連続法から粒状物質が製造され、その９０重量％の粒子は７５マイクロメートル以下の球換算直径を有する。この物質は、次にピンミキサー３に供給され、該ピンミキサー３に、製造される生成物が１７重量％の水分を含むように、十分な水が添加される。ピンミキサー３は、ボールミル２からの物質を凝集化するように、連続法において運転される。ピンミキサー３の凝集化された生成物は、次に回転乾燥機４に供給され、該回転乾燥機は、１５０℃の温度において運転される。凝集体は、１．５重量％未満の水分含有量まで乾燥される。乾燥した生成物は篩５に供給され、これは回転乾燥機４からの生成物から微粒子を除去するために運転される。篩５から生成される生成物からそのような微粒子を除いたサイズ分布は、９重量％が３５ミリメートルより大きく、７６．５重量％が６００マイクロメートル〜３５ミリメートル、及び１４．５重量％が６００マイクロメートル未満である。この篩分けされた生成物は、流動床炉６に供給される。流動床は約１，３００℃において運転され、凝集体の反応は、約１０〜１５重量％しか未反応シリカを有しない生成物を製造するのに十分である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の方法の一般的な例を表す。
【図２】本発明の方法の特定的な例を表す。図１及び２は、本発明に従う合成シリケートを製造する方法のブロック図である。
【符号の説明】
【００１９】
図１  １  ハイドレーター
２  ボールミル
３  ミキサー
４  乾燥機
５  篩
６  反応器
図２  １  ハイドレーター
２  ボールミル
３  ピンミキサー
４  回転乾燥機
５  篩
６  流動床炉
７  粉砕機
８  篩
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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