(57)【要約】  本開示は、低い単位消費量及び長い濾過サイクル時間の観点で高い濾過性能を提供する特性である非常に高いシリカ比容を有する超高性能珪藻岩製品に関する。これらの本開示の新規製品はまた、非酸洗浄グレード及び高純度(酸洗浄)グレードの双方について非常に低い抽出可能金属を示す。これらの特徴は、電子化学、特殊飲料、及び生命科学用途における高純度液体からの固体の分離において特に価値がある。顕著な物理的特徴及び化学的特徴に加えて、これらの製品はまた、検出可能なレベルのクリストバライトを含有せず、広い範囲の透過率を有し、かつ、高レベルのアルミナ及び酸化鉄を含有する鉱物学的に純粋ではない鉱石から製造される。【選択図】図１
2020504003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過製品であって、(i)85ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの透過率、(ii)合計の酸化アルミニウム含量及び酸化鉄含量が7.0wt％超かつ13(wt％)未満である酸化アルミニウム含量及び酸化鉄含量、及び(iii)3.5超から6.2までのシリカ比容を有する珪藻土を含む、前記製品。
【請求項２】
前記珪藻土の前記シリカ比容が、4.5〜6.2である、請求項1記載の製品。
【請求項３】
前記珪藻土の前記シリカ比容が、5.5〜6.2である、請求項1記載の製品。
【請求項４】
前記珪藻土が、0.147g/ml〜0.176g/mlの遠心分離湿潤密度をさらに有する、請求項1記載の製品。
【請求項５】
前記珪藻土が、0.216g/ml〜0.226g/mlの遠心分離湿潤密度をさらに有する、請求項1記載の製品。
【請求項６】
濾過製品であって:(i)85ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの透過率、(ii)13〜20の範囲のb*値、及び(iii)3.5〜6.2の範囲のシリカ比容を有する珪藻土を含む、前記製品。
【請求項７】
前記珪藻土の前記シリカ比容が、4.5〜6.2であり、かつ前記b*値が、14〜20の範囲である、請求項6記載の製品。
【請求項８】
前記珪藻土の前記シリカ比容が、5.5〜6.2であり、かつ前記b*値が、14〜20の範囲である、請求項6記載の製品。
【請求項９】
前記珪藻土が、0.147g/ml〜0.176g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度をさらに有し、かつ前記b*値が、14〜20の範囲である、請求項6記載の製品。
【請求項１０】
前記珪藻土が、0.216g/ml〜0.226g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度をさらに有し、かつ前記b*値が、14〜20の範囲である、請求項6記載の製品。
【請求項１１】
前記珪藻土が、LH法により検出不可能なレベルのクリストバライトをさらに有する、請求項1又は6記載の製品。
【請求項１２】
前記珪藻土が、強熱ベースで80wt％超かつ84wt％未満のシリカ含量をさらに有する、請求項1又は6記載の製品。
【請求項１３】
前記珪藻土が、強熱ベースで84wt％〜87wt％のシリカ含量をさらに有する、請求項1又は6記載の製品。
【請求項１４】
前記珪藻土が、強熱ベースで88wt％超から92wt％までのシリカ含量をさらに有する、請求項1又は6記載の製品。
【請求項１５】
前記酸化鉄含量が、強熱ベースで4wt％超である、請求項1又は6記載の製品。
【請求項１６】
前記珪藻土が、0.184g/ml〜0.208g/mlの遠心分離湿潤密度をさらに有する、請求項1又は6記載の製品。
【請求項１７】
濾過製品であって、(i)85ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの透過率、(ii)0.4〜1.0のEBC抽出可能アルミニウムのバルク酸化アルミニウム含量に対する比率であって、該EBC抽出可能アルミニウムが、百万分率で測定され、かつ該バルク酸化アルミニウムが、重量パーセントで測定される、前記比率及び、(iii)0.4〜1.1のEBC抽出可能鉄のバルク酸化鉄含量に対する比率であって、該EBC抽出可能鉄が、百万分率で測定され、かつ該バルク酸化鉄が、重量パーセントで測定される、前記比率を有する珪藻土を含む、前記製品。
【請求項１８】
前記珪藻土が、0.168g/ml〜0.183g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度をさらに有する、請求項17記載の製品。
【請求項１９】
前記珪藻土が、0.184g/ml〜0.197g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度をさらに有する、請求項17記載の製品。
【請求項２０】
前記珪藻土が、0.198g/ml〜0.208g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度をさらに有する、請求項17記載の製品。
【請求項２１】
前記珪藻土が、3〜8ppmの範囲の消費調整抽出可能金属ファクターを有する、請求項17記載の製品。
【請求項２２】
前記珪藻土が、6〜14ppmの範囲の抽出可能金属ファクターをさらに有する、請求項17記載の製品。
【請求項２３】
前記珪藻土が、4〜8ppmの消費調整抽出可能金属ファクターをさらに有する、請求項17記載の製品。
【請求項２４】
前記珪藻土が、3〜5ppmの消費調整抽出可能金属ファクターをさらに有する、請求項17記載の製品。
【請求項２５】
前記珪藻土が、ASBC法を用いて検出不可能なビール可溶性鉄(BSI)含量をさらに有し、該ASBC法での検出限界が、GFAAを用いて0.1ppmである、請求項17記載の製品。
【請求項２６】
前記珪藻土が、1.0％〜5.0％のNa2O含量をさらに有し、かつ前記透過率が、300ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの範囲である、請求項1又は17記載の製品。
【請求項２７】
前記珪藻土が、キムベラ属の珪藻植物に由来する複数の珪藻被殻を含有する珪藻被殻集団を含む、請求項1又は17記載の製品。
【請求項２８】
請求項1又は17記載の製品を生産する方法であって:
焼成用の未加工の珪藻土フィード鉱石を選択することであって、該フィード鉱石が:(i)強熱ベースで80wt％〜92wt％のシリカ含量、(ii)7wt％〜13wt％の酸化アルミニウム含量及び酸化鉄含量の合計、及び(iii)0.144g/ml〜0.240g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度を有する、前記選択すること;
該フィード鉱石を、871℃〜1260℃の範囲の温度で焼成することで、焼成媒体を形成することであって、(a)融剤の非存在下でか、又は(b)0.5wt％〜8.0wt％のアルカリ酸化物融剤の存在下で行われる、前記焼成すること;及び
任意に、該焼成媒体を酸を用いて酸浸出することであって、該酸が無機酸を含む、前記酸浸出すること
を含む、前記方法。
【請求項２９】
焼成保持時間が、15分〜100分である、請求項28記載の方法。
【請求項３０】
焼成後の前記酸浸出することが、大気圧超69kPa〜350kPaで実施される、請求項28記載の方法。
【請求項３１】
焼成後の前記酸浸出することが、大気圧での水の沸点で実施される、請求項28記載の方法。
【請求項３２】
酸浸出することの前に、前記焼成媒体のスラリーを形成させることをさらに含み、該スラリーが、0.05モル/リットル〜1.0モル/リットルの酸強度を有する、請求項28記載の方法。
【請求項３３】
酸浸出保持時間が、20分〜100分である、請求項28記載の方法。
【請求項３４】
前記無機酸が、鉱酸を含む、請求項28記載の方法。
【請求項３５】
前記鉱酸が、硫酸、硝酸、フッ化水素酸、塩酸、過塩素酸、又はそれらの混合物を含む、請求項34記載の方法。
【請求項３６】
前記酸が、有機酸をさらに含む、請求項28記載の方法。
【請求項３７】
前記有機酸が、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸、グルタミン酸、リンゴ酸塩、又はそれらの混合物を含む、請求項36記載の方法。
【請求項３８】
前記焼成用の前記フィード鉱石が、湿式キルンフィード流動化を受ける、請求項28記載の方法。
【請求項３９】
濾過製品であって、該製品が、珪藻被殻集団を含む珪藻土を含み、該珪藻土が、珪藻岩の入り組んでおりかつ多孔質の構造及び3.5超から6.2までの範囲のシリカ比容を有し、該珪藻土が、湖成珪藻岩鉱床から供給される鉱石からのものである、前記濾過製品。
【請求項４０】
前記珪藻被殻集団が、キムベラ属の珪藻植物に由来する複数の珪藻被殻を含有する、請求項39記載の製品。
【請求項４１】
前記珪藻被殻集団が、キムベラ・デシグナタ種の珪藻植物に由来する複数の珪藻被殻を含有する、請求項39記載の製品。
【請求項４２】
前記珪藻土が、6〜14ppmの範囲の抽出可能金属ファクターをさらに有する、請求項39記載の製品。
【請求項４３】
前記珪藻土が、4〜8ppmの消費調整抽出可能金属ファクターをさらに有し、前記シリカ比容が、3.9〜5.1の範囲である、請求項39記載の製品。
【請求項４４】
前記珪藻土の前記シリカ比容が、3.9超から6.2までの範囲である、請求項39記載の製品。
【請求項４５】
前記珪藻土が、0.4〜1.0の範囲にあるEBC抽出可能アルミニウムのバルク酸化アルミニウム含量に対する比率をさらに有し、該EBC抽出可能アルミニウムが、百万分率で測定され、かつ該バルク酸化アルミニウムが、重量パーセントで測定される、請求項39記載の製品。
【請求項４６】
前記珪藻土が、約200ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの間の透過率をさらに有し、かつLH法を用いて決定する場合に検出不可能なレベルのクリストバライトを含有する、請求項39記載の製品。
【請求項４７】
前記珪藻土が、13〜20の範囲にあるb*値をさらに有する、請求項39記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
(発明の分野)
本開示は、低い単位消費量及び長い濾過サイクル時間の観点で高い濾過性能を提供する特性である非常に高いシリカ比容を有する超高性能珪藻岩製品に関する。本開示の新規製品は、非酸洗浄グレード及び高純度(酸洗浄)グレードの双方について非常に低い抽出可能金属を示す。これらの特徴は、多くの食品用途、飲料用途、化学用途における液体からの固体の分離において特に価値があり、該製品のより高純度のバージョンについては、電子化学用途、特殊飲料用途、及び生命科学用途における高純度液体からの固体の分離において特に価値がある。加えて、これらの製品はまた、結晶性シリカの一形態である検出可能なレベルのクリストバライトを含有せずに、広い範囲の透過率を有する。これらの製品は、高レベルのアルミナ及び酸化鉄を含有する鉱物学的に純粋ではない鉱石から製造される。
【背景技術】
【０００２】
(背景)
珪藻岩(diatomite)(珪藻土(diatomaceous)又は珪藻土(kieselguhr)と呼ばれることもある)は、多くの静止水域の表面に住む単細胞植物である珪藻植物の残骸骨格、並びに空気及び水の力によって堆積するクレイ、火山灰、方解石、苦灰石、長石、及び珪砂などの他の鉱物を含む堆積岩である。珪藻岩鉱床は、有機夾雑物を含有することもあり、それは、硫黄及びヒ素を伴うこともある。
【０００３】
ユニークな被殻形状を特徴とする珪藻植物の何百もの異なる種が、珪藻土の鉱床中に含有される被殻によって生命体として同定されている。
【０００４】
工業用の珪藻岩鉱床は、通常、80〜90wt％の範囲のSiO2、アルミナ(0.6〜8wt％Al2O3)、鉄(0.2〜3.5wt％Fe2O3)、アルカリ金属酸化物、Na2O及びMgO(1wt％未満)、CaO(0.3〜3wt％)、並びにP2O5及びTiO2などの少量の他の不純物を含有する(Mahani, H.らの文献:2003年、Breese, R.O.Y.らの文献:2006年)。珪藻植物骨格構造の微細に入り組んでおりかつ多孔質である性質は、より低い密度、高表面積、及び珪藻岩を他の形態のケイ酸塩鉱物から区別するのに役立つ透過率を提供する。珪藻土の細孔構造は、マクロ細孔、メソ細孔、及びマイクロ細孔を含み、これらが、珪藻岩製品/媒体の使用を伴うある種の配合物に必要であるぬれ及び高い吸収能を提供する(Mikulasikらの文献:米国特許第8,883,860号)。
【０００５】
シリカの化学的不活性さと珪藻被殻の付随的な入り組んでおりかつ多孔質の構造との組合せが、珪藻岩製品/媒体に、濾過用途におけるユニークな商業的価値を与える。珪藻岩濾過製品/媒体は、食品、飲料、及び化学産業における液体/固体分離に長年使用されている。本明細書で使用される、「媒体」という用語は、1つ以上の媒体を意味する。従来の珪藻岩製品/媒体は、飲料、石油製品及び誘導体、水、化学薬品、経口摂取可能な医薬、金属圧延機冷却用液体、農業食品中間体、及び甘味料を含む広範囲の流体の処理に用いられる(El-Shafey, E.L.らの文献:2004年)。
【０００６】
珪藻岩は、濾過される材料の性質及び用いるフィルターの種類に応じて、プレコートとしてかもしくはボディフィードとしてか、又はこれら２つの組合せとして濾過プロセスに用い得る。プレコートのみの系においては、媒体が微粒子で目詰まりすることから保護するために、濾過助剤スラリーを再循環させることによって、濾過助剤の層がフィルターセプタム上に構築される。ボディフィードのみの系においては、少量の濾過助剤が、液体に定期的に添加され、除去されるべき懸濁微粒子と一緒に濾過される。このことは、懸濁微粒子を捕捉するのに役立つ新たな濾過表面が連続的に形成されることを確実なものとし、同時に液体の一定な流速を確実なものとする。回転式真空濾過においては、プレコートのみの形態で大量の濾過媒体が用いられ、また、加圧濾過系においてはプレコーティング及びボディフィードの双方で大量に用いられる。日本酒濾過などのいくつかの特殊な加圧濾過用途では、プレコートのみの手法が用いられる。(「珪藻岩濾過の基礎(the fundamentals of diatomite filtration): Breese, R.O.Y.ら, 2006年, Reese, R.H.らの文献, 1990年, Cain, C.W.の文献, 1984年を参照されたい)。
【０００７】
プレコート及びボディフィード濾過用途の双方において、珪藻岩濾過助剤製品又は媒体は、濾過されている流体と接触する。珪藻土濾過媒体の濾過助剤としての使用において可能性のある欠点の一つは、濾過助剤からの流体への金属抽出可能物の寄与である。これらの用途における増加したレベルの可溶性金属は、液体製品の純度、並びに該製品の安定性及び味に影響を及ぼす可能性がある。従って、従来の濾過助剤製品は、食品及び飲料の加工に用いられる場合には、米国食品用公定化学品集などの、純度に対する政府の要求、及び液体製品の製造業者によって設定される仕様を満たすことが求められる。
【０００８】
珪藻岩などの粉末化濾過媒体の多くの用途は、該媒体の抽出可能な化学的性質に影響されやすいが、ある種の液体処理用途は、抽出可能不純物に高度に影響されやすい。例えば、非経口(注射用)医薬、高純度化学薬品、及び一部の特殊飲料は、多くの場合、従来の食品グレード珪藻岩製品/媒体に特徴的な抽出可能不純物のレベルを許容することができない。その結果、これらの用途においては、減少したレベルの不純物を濾過されている液体に与える珪藻岩濾過媒体が好ましく、これらの用途に用いられている。いくつかの精製された珪藻岩濾過媒体製品が開発されこれらの用途に用いられているものの、さらにより高純度の液体のための用途及びその必要性が増し続けており、向上した純度を有する珪藻岩濾過製品/媒体が必要とされている。
【０００９】
本開示の低抽出可能超高性能濾過製品/媒体は、単位質量あたりの非常に低い抽出可能不純物と、非常に低い遠心分離湿潤密度と、密度の割に非常に高いフラックス速度とのユニークな組合せを有する。該生物起源の濾過媒体はまた、濾過される液体の単位あたりに消費される質量の点で、顕著に減少した単位消費量を提供する。単位質量あたりの非常に低い抽出可能不純物と濾過される液体の単位あたりの質量の顕著に減少した消費との組合せは、液体純度の到達において複合効果を生じ、従来技術と比較して、珪藻岩濾過媒体の液体濾過の間に液体の純度を向上させる能力の実質的な向上を表す。
【００１０】
(従来の珪藻岩濾過媒体)
従来の珪藻岩濾過助剤は、珪藻被殻の入り組んでおりかつ多孔質の構造を有する無機粉末である。市販の珪藻岩濾過助剤製品の主要な製造業者のいくつかは、Imerys Filtration Minerals社、EP Minerals社、昭和化学工業株式会社、Grefco Minerals社、及びCalgon Carbon(CECA)社である。珪藻岩製品は、標準条件下で標準量の濾過ケーキを通る液体の流れの尺度であるダルシー単位で測定されるある一定の透過率を満たすように製造される。採用される生産技術に基づく珪藻岩濾過助剤の種類の3つの大まかな記述用語が、よく使用され、それには:天然(非焼成)、直接焼成(融剤の添加を伴わずに焼成)、及び融剤焼成(ソーダ灰などの融剤の存在下での焼成)が含まれる。表1は、主要な世界的珪藻岩製造業者のうちの4社、EP Minerals LLC社、昭和化学工業株式会社、Imerys Filtration Minerals社、及びCalgon Carbon社(CECA)から得たさまざまな例示的な従来の天然、直接焼成、及び融剤焼成珪藻岩製品/媒体の、遠心分離湿潤密度(CWD)及びシリカ比容(SSV)を含む選択された化学的性質及び物理的性質を列記する。シリカ比容は、遠心分離湿潤密度に対するシリカ含量の比である。
(表1  例示的な従来の市販の珪藻岩濾過助剤の典型的な物理的性質及び化学的性質)
【表１】
2020504003.tif 000003
1Celite Corporation社技術データシート
2EP Minerals社技術データシート
3昭和化学工業株式会社技術データシート
4CECA社技術データシート;(現在はCalgon Carbonによって製造されている製品)
【００１１】
例示的な従来の珪藻岩濾過媒体の全てのこれらの製品カテゴリー(天然、直接焼成、融剤焼成)のシリカ含量は、平均で90.0wt％ SiO2前後であり、アルミナは、1.0wt％〜5.4wt％Al2O3の範囲である一方で、酸化鉄は、かなり高い酸化鉄化学組成を示すCECA製品(現在はCalgon Carbonによって製造される)を除けば、1.3wt％〜1.8wt％ Fe2O3である。一般的に、製品の遠心分離湿潤密度は、0.29g/ml(18.0lb/ft3)〜0.40g/ml(25.0lb/ft3)であり、シリカ比容は、2.1〜3.1の範囲である(3.7のシリカ比容を有する天然物であるCelite Sを除く)。
【００１２】
従来の珪藻岩濾過助剤生産において、焼成フィードとして使用される天然鉱石の典型的な遠心分離湿潤密度は、0.272g/ml(17.0lb/ft3)〜0.417g/ml(26.0lb/ft3)の間であり、焼成及び分級後の最終製品は、多くの場合、主としてドライエンド分級プロセスにおける製品の分解を原因として、はじめのフィード材料よりも高い遠心分離湿潤密度を有し得る。焼成フィードとして役立つ例示的な商用グレード天然珪藻岩の典型的な化学的性質及び物理的性質を、以下の表2に示す。
(表2  天然珪藻岩鉱石の典型的な化学的性質及び物理的性質)
【表２】
2020504003.tif 000004
1「工業用鉱物及び岩石(Industrial Minerals and Rocks)」
2EP Minerals社技術データシート
3Celite社技術データシート
4昭和化学工業株式会社技術データシート
【００１３】
一般に、従来の珪藻岩濾過媒体製品は:(1)ランオブマイン(run-of-mine)珪藻岩鉱石を粉砕すること、(2)該粉砕された鉱石の同時に行われる製粉及びフラッシュ乾燥によって、塊の多い粒子の解凝集をもたらすこと、(3)分離機を活用して((2)の製粉され乾燥させた鉱石から)重質鉱物不純物を除去すること、(4)該選鉱処理された鉱石(上記工程1〜3を含む選鉱プロセス)を、ロータリーキルン内で、任意に融剤の存在下、熱焼結又は熱焼成することによって、製品の透過率を顕著に増加させること、(5)キルン排出製品を二次廃棄物分離に処することにより、該熱焼結プロセスの間に生じたガラスを含む重い粒子を除去すること、及び(6)目的とする製品の粒度分布及び透過率に適合するように粉末をさまざまなサイズ画分へと分級すること、を含むドライプロセスを用いて製造される(「工業用鉱物及び岩石(Industrial Minerals and Rocks)」、第7版、珪藻岩(Diatomite)、第442頁)。天然の珪藻土濾過媒体製品は、いかなる形態の焼成も受けずに、廃棄物分離プロセスの後に梱包される。当業者に公知であるように、「ランオブマイン」という用語は、その天然の未加工の状態の鉱石を意味する。典型的な従来の珪藻岩濾過助剤生産プロセスフロー図を、図1に示す。
【００１４】
(クリストバライトを含まない珪藻岩製品)
珪藻岩焼成において、典型的なフィード鉱石の化学的性質は、約2〜4wt％の酸化アルミニウム含量及び約1〜2wt％の酸化鉄含量を示す。焼成プロセスの間、珪藻岩のオパール質構造は、融剤、例えば、ソーダ灰の存在下(融剤焼成)で、又はより高い加工温度下で何らかの融剤の非存在下(直接焼成)でさえ、クリストバライトを生成する変化を受ける。国際出願第PCT/US16/37830号、第PCT/US16/37816号、及び第PCT/US16/37826号(個別に及び一括して「Lenzらの文献」)は、普通でない化学組成の選択された鉱石に基づく、低いレベル又は検出不可能なレベルのクリストバライトを有する直接焼成珪藻岩製品/媒体及び融剤焼成珪藻岩製品/媒体を紹介した。これらの選択された鉱石を用いて、高温で直接焼成又は融剤焼成した場合に、クリストバライトではなく、オパール-C(及び/又はオパール-CT)が形成されることが示された。Lenzによって国際出願第PCT/US16/37830、第PCT/US16/37816号、及び第PCT/US16/37826号で製品の結晶相を決定するのに使用された試験方法は、本開示の「超高性能珪藻岩濾過製品/媒体及び高純度超高性能珪藻岩濾過製品/媒体を特性評価する方法」セクションで説明されるようなLH法である。以下の表3A及び表3Bは、LH法を用いてクリストバライトを含まない製品として特定された(が、珪藻岩製品のクリストバライト含量の決定のための従来試験方法を用いる場合には、そう特定されない)例示的な珪藻岩製品/媒体の性質を示す。
【００１５】
(表3A  LH法を用いて特定されたクリストバライトを含まない焼成珪藻岩製品/媒体)
【表３】
2020504003.tif 000005
1抽出可能金属ファクター(EMF)
(表3B  LH法を用いるLenzらの文献によるクリストバライトを含まない融剤焼成珪藻岩製品)
【表４】
2020504003.tif 000006
【００１６】
Celatom直接焼成製品を除いて、表3Aの全ての他の直接焼成製品は、結晶性シリカの一形態である石英を含有する。表3Bにおいて、Lenzらの文献からのデータは、クリストバライト及び石英を含まず、それによって、透過率が最大で約9000ミリダルシーである結晶性シリカを含まないものとされた融剤焼成製品を示す。全てのこれらの製品が、焼成プロセスにおけるクリストバライトの形成を阻害し得る高いアルミナ及び酸化鉄の化学組成を示すことを認めることができる。これらの製品の遠心分離湿潤密度(CWD)、シリカ比容(SSV)、及び抽出可能金属ファクター(EMF)は、従来の珪藻岩濾過助剤としては典型的なものである。
【００１７】
(高純度珪藻岩濾過製品)
本開示においては、本発明者らは、高純度珪藻岩濾過媒体を、従来の珪藻岩製品よりも実質的に低い抽出可能不純物を提供するが、従来の珪藻岩濾過媒体の濾過性能とおおよそ同様な濾過性能を提供するよう酸洗浄された製品として定義する。1950年代後期に始まり、珪藻岩産業では、製品に含有される抽出可能不純物を減少させる目的で湿式プロセスで加工された製品を用いての実験が行われ始め、それが導入され始めた(Bregar, G.W.の文献:1951年)。初めは米国のニュージャージー州Manvilleで、後には、より大量に日本で製造されたこれらの製品は、後に酸洗浄及びすすぎプロセスで処理された従来の珪藻岩濾過製品から構成されていた。高純度珪藻岩製品を製造するこれらの従来型の方法においては、製品は、珪藻岩の熱処理後に大気圧下で酸洗浄されていた。従来型の酸洗浄プロセスは、珪藻岩の表面に含有される抽出可能不純物を減少させるのに有効であるが、それらのプロセスが、珪藻岩中の鉱物不純物を除去していなかったという理由で、運搬の間又は正常用途の取扱いによって製品の表面が摩耗又は破損した場合に、抽出可能不純物が増加する可能性があった。加えて、従来方式で直接焼成又は融剤焼成された製品の酸洗浄は、加工の間に、酸洗浄前の従来の製品よりも低透過率かつ高密度な材料を生じさせる結果を伴う粒子摩損及び粉鉱(fines)の生成をもたらし、そのことは、次いで製品の濾過性能を低下させた。
【００１８】
Manville社(現在のImerys Filtration Minerals社)(Johns Manville, 1980; Johns Manville Corp, 1979 - Bradley, T.G.らの文献(1979年));米国のEP Minerals社、及び日本の土田食品工業株式会社を含むいくつかの会社が、長年かけて従来方式で酸洗浄された製品を開発し導入した。Manville社はまた、低抽出可能物であるが、従来程度又は高い密度を有していたCelite分析用濾過助剤(CAFA; Celite Analytical Filter Aid)と呼ばれる徹底的に浸出しすすいだ製品を導入した。他の会社もまた、珪藻岩微粒子をキレート化剤で処理することによる珪藻岩濾過助剤中の可溶性鉄の低減のためのプロセスを開発している(Austin, F.G.らの米国特許第4,965,084号; Ting, P.L.の米国公開公報第2011/0223301号)。Smithらは、国際公開WO2008/024952において、蒸気処理により珪藻岩中のビール可溶性鉄を減少させる方法を提供した。
【００１９】
これらの高純度濾過製品は、従来の珪藻岩濾過媒体製品よりも低抽出可能性の化学的性質を有するが、これらは、通常、同等な濾過性、又は時には、酸洗浄プロセスの間の製品の遠心分離湿潤密度の増加を原因とする、低いシリカ比容などの劣った濾過性のいずれかを有する。Celite酸洗浄濾過助剤及び高純度珪藻岩濾過媒体/製品であるEP Minerals社のPurifiDE(登録商標)酸洗浄濾過助剤の典型的な性質を表4に示す。
(表4  市販の高純度珪藻岩濾過助剤の典型的な物理的性質及び化学的性質)
【表５】
2020504003.tif 000007
1透過率
2遠心分離湿潤密度
310wt％スラリーの導電率
4シリカ比容
5Celite分析用濾過助剤
【００２０】
表4に示されるように、珪藻岩製品の10wt％スラリーの導電率は、高純度酸洗浄濾過助剤製品を、従来の製品から区別する性質の1つである。従来の製品の最大導電率が70〜200μS/cmであるのに対し、高純度酸洗浄濾過助剤は、15〜20μS/cmの範囲の最大導電率を有し、より低い導電率は、より高い純度を示す。酸洗浄精製プロセスの間に製品のシリカ(SiO2)含量が少し増加するが、該材料の遠心分離湿潤密度の値の減少は、精製された製品のシリカ比容の値を低下させるのに十分な意味がある。
【００２１】
高純度酸洗浄濾過助剤の製造のための典型的なプロセスを、図2に示す。プロセス10は、フィード材料としての従来の(珪藻土)濾過助剤を用いて開始される(従来の濾過助剤は、乾燥、製粉、乾式廃棄物分離、焼成、及び分級、並びに任意に梱包の確立された方法に従って作られる珪藻岩濾過助剤である)。目的とする製品の透過率よりも僅かに高い透過率を有するフィード材料を用いることが通常行われる。これは、通常、精製プロセス後に透過率の低下がみられるためである。可能であれば、フィード材料は、遠心分離湿潤密度も目的とする製品のそれよりも低くなるようにブロック20で選択される。これは、通常、最終の精製された製品の遠心分離湿潤密度の増加がみられるためである。ブロック30において、10〜15wt％固体のスラリー濃度が調製される。ブロック40において、スラリーは、非金属性のタンク内で、鉱酸を加えることにより酸処理され、0.1M〜0.2Mのスラリー酸性度を生じる。アメリカ大陸で用いられる最も普通の鉱酸は、硫酸であるが、日本で塩酸の使用を見ることはまれではない。クエン酸も、何件かの例では、金属イオンをキレートしそれらを不溶化させることになる。ブロック40において、スラリーは、約1時間ほぼ沸騰するように加熱される。ブロック50において、高温の酸スラリーが脱水され洗浄されて、10wt％スラリーで20μS/cm以下の導電率を提供する濾過ケーキが得られる。ブロック60において、最終製品は、フラッシュ乾燥機又は箱形乾燥器を用いて乾燥される。
【００２２】
(高純度高性能製品)
本開示においては、高純度高性能製品は、抽出可能金属及びバルクの化学的不純物の実質的な減少とそれに続くシリカ比容の増加及びそれに伴う濾過性能の向上がなされている珪藻岩濾過媒体製品である。米国特許第5,656,568号及び米国特許第6,653,255号(まとめてShiuhらの文献)は、従来技術の徹底的な調査を提供し、改良された精製珪藻岩製品を開示し、高純度高性能濾過媒体の概念、及びシリカ含量の遠心分離湿潤密度(CWD)に対する比率であるシリカ比容(SSV)と呼ばれる、珪藻岩濾過媒体を特性評価するための新たな尺度を導入した。シリカ比容は、多くの場合、珪藻岩濾過媒体から期待することができる相対的な濾過性能の良好な予測材料である。
【００２３】
Shiuhらの文献は、珪藻岩の熱処理前に泡沫浮選によって従来の珪藻岩鉱石中にみられる不純物を分離する方法を教示する。これには、珪藻岩のシリカ比容を増加させ、製品の純度及び濾過性能を向上させる効果がある。浮遊選鉱製品は、焼成による材料の熱処理の前に、大気圧での酸処理及びすすぎによってさらに精製される。本プロセス手法は、シリカ比容を向上させるが、製品の抽出可能な性質を顕著には向上させない。これは、金属イオンが、焼成プロセスの間に珪藻岩粒子の表面に移動する傾向があるためである。特に、融剤焼成製品は、高い導電率及び高い抽出可能ナトリウムを示すであろう。これは、焼成の最終プロセス工程に用いられるソーダ灰融剤が、容易に製品粒子の表面から洗い出されるであろうためである。Shiuhらの文献は、高純度高性能珪藻岩のいくつかの製品性質を開示した。それらは、表4Aにまとめられている。Shiuhらの特許(米国特許第5,656,568号及び第6,653,255号)内の実施例で開示される製品の透過率は、表4Aに記載されるように、300〜1200ミリダルシーであった。Shiuhらの文献の実施例1の非焼成製品についての透過率は開示されなかった。
(表4A  高純度高性能珪藻岩濾過助剤の性質(Shiuhらの文献))
【表６】
2020504003.tif 000008
1入手できず
【００２４】
World Minerals(登録商標)社の子会社のThe Advanced Minerals社(現在はImerys Filtration and Additives)は、商標Celpure(登録商標)を用いて、一部の例ではShiuhらの文献によって教示される特徴的な範囲の一部に入る性質を有するいくつかの高純度高性能製品を導入した。これらの製品はまた、25ミリダルシー〜1000ミリダルシーのおおよその透過率範囲で入手可能である。該製品の性質を、以下の表4Bに示す。
【００２５】
Celpure製品のシリカ含量は、Shiuhらの文献によって教示される製品のシリカ含量よりも低く、Celpure製品のアルミナレベル及び酸化鉄レベルは、Shiuhらの文献によって教示される製品のそれらよりもかなり高い。Celpure製品はまた、大抵の場合、Shiuhらの文献によって教示される製品と同等か又はそれより低いシリカ比容を有する。Celpure製品について、EBC抽出可能アルミニウムのバルク酸化アルミニウム化学組成(wt％)に対する比率は、約1.4〜約5.4の間であり、EBC抽出可能鉄のバルク酸化鉄化学組成(wt％)に対する比率は、約6.3〜約16.7である。これらの比率は、不純物の溶液中への抽出の容易さ示し、より低い数字は、より高純度な(より不活性な)製品を示す。
(表4B  高純度高性能珪藻岩濾過助剤の典型的な性質−Celpure製品)
【表７】
2020504003.tif 000009
1Sigma-Aldrich社から得たCelpure製品試料の、EP Minerals社の研究室でのXRD分析
2「nd」は、検出不可能を意味する
【００２６】
Shiuhらの特許の発明者の1人であるTaniguchiは、国際出願PCT/US2014/067873において高いシリカ比容を有する珪藻岩製品を開示している。Taniguchiの開示の大部分は、Shiuhらの文献、Celpure製品、並びにImerys社、その子会社、及びその販売業者によって公表された文献及びデータシートを通じて、既に公有に属しているようである。Taniguchiは、高性能又は超高性能又は超高純度珪藻岩製品の製造における湖成珪藻岩の使用を教示していない。
【００２７】
高純度高性能珪藻岩を伴う選鉱作業(例えば、粉砕、製粉/乾燥、及び不純物分離)の大部分は、クレイ及びチャート、石英、砂などのような重質鉱物不純物を遊離させ分離する、磨滅スクラビング、液体サイクロニング、分散、遠心分離、浮遊選鉱などのような湿式の物理的分離プロセスを用いて実施されている(Anastasios, P.K.らの文献:1971年;Shiuhらの文献)。米国のカリフォルニア州LompocにあるImerys社のCelpure生産施設では、摩滅スクラビング、液体サイクロニング、及び逆浮遊選鉱の使用によって珪藻土が選鉱処理される(サンタバーバラ郡APCD、草稿、操業許可第5840-R5号、第II部、2015年11月(Santa Barbara County APCD, draft permit to operate No. 5840 - R5 Part II, Nov. 2015))。これらの物理的分離プロセスの欠点は、それらが、不純物の選択的な除去の点で効果がないことがあり得るということである。Celpure(登録商標)プロセスの場合のような、また、Shiuhらの文献によって教示されるような高品質製品を達成するためには、選鉱製品の収率が損なわれる。図3Aは、Shiuhらの文献のプロセスを示し;図3Bは、Celpureプラントプロセスを示す(Santa Barbara County APCD, draft permit to operate No. 5840 - R5 Part II, Nov. 2015)。図3A及び図3Bを並べて比較すると、Shiuhらの文献によるプロセス(図3A)及びCelpureプラントプロセス(図3B)を表すプロセスフロー図における違いが示される。
【００２８】
Shiuhらの文献によるプロセスは、最終製品の遠心分離湿潤密度を減少させる傾向がある焼成単位操作で完了し、従って、高いシリカ比容を提供する。Celpureプラントプロセスにおける最終製品は、焼成製品を酸洗浄しその後乾燥させることによって得られる。酸洗浄は、遠心分離湿潤密度を増加させ、従って、減少したシリカ比容を有する製品を提供する。しかしながら、当業者は、酸洗浄工程が、焼成単位操作の後に行われるために、Celpureプラント製品の抽出可能な化学的性質が、Shiuhらの文献によって教示される製品のそれよりもかなり低いであろうことを認識しているであろう。
【発明の概要】
【００２９】
(概要)
本開示の一態様により、濾過製品が開示される。該製品は:(i)85ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの透過率、(ii)合計の酸化アルミニウム含量及び酸化鉄含量が7.0wt％超かつ13(wt％)未満である酸化アルミニウム含量及び酸化鉄含量、及び(iii)3.5超から6.2までのシリカ比容を有する珪藻土を含んでもよい。
【００３０】
実施態様において、前記珪藻土のシリカ比容は、4.5〜6.2であってもよい。別の実施態様において、前記珪藻土の前記シリカ比容は、5.5〜6.2であってもよい。
【００３１】
実施態様において、前記珪藻土は、0.147g/ml〜0.176g/mlの遠心分離湿潤密度をさらに有してもよい。別の実施態様において、前記珪藻土は、0.216g/ml〜0.226g/mlの遠心分離湿潤密度を有してもよい。
【００３２】
実施態様において、前記珪藻土は、LH法により検出不可能なレベルのクリストバライトをさらに有してもよい。
【００３３】
実施態様において、前記珪藻土は、強熱ベースで80wt％超かつ84wt％未満のシリカ含量をさらに有してもよい。
【００３４】
別の実施態様において、前記珪藻土は、強熱ベースで84wt％〜87wt％のシリカ含量をさらに有してもよい。
【００３５】
さらに別の実施態様において、前記珪藻土は、強熱ベースで88wt％超から92wt％までのシリカ含量をさらに有してもよい。
【００３６】
別の実施態様において、前記酸化鉄含量は、強熱ベースで4wt％超であってもよい。
【００３７】
別の実施態様において、前記珪藻土は、0.184g/ml〜0.208g/mlの遠心分離湿潤密度をさらに有してもよい。
【００３８】
実施態様において、前記珪藻土は、1.0％〜5.0％のNa2O含量をさらに有してもよく、前記透過率は、300ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの範囲であってもよい。
【００３９】
実施態様において、前記珪藻土は、キムベラ(Cymbella)属の珪藻植物に由来する複数の珪藻被殻を含有する珪藻被殻集団を含んでもよい。
【００４０】
実施態様において、濾過製品を生産する方法が開示される。該方法は:焼成用の未加工の珪藻土フィード鉱石を選択することであって、該フィード鉱石が:(i)強熱ベースで80wt％〜92wt％のシリカ含量、(ii)7wt％〜13wt％の酸化アルミニウム含量及び酸化鉄含量の合計、及び(iii)0.144g/ml〜0.240g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度を有する、前記選択すること;該フィード鉱石を、871℃〜1260℃の範囲の温度で焼成することで焼成媒体を形成することであって、(a)融剤の非存在下でか、又は(b)0.5wt％〜8.0wt％のアルカリ酸化物融剤の存在下で行われる、前記焼成すること;及び任意に、前記焼成媒体を酸を用いて酸浸出することであって、該酸が無機酸を含む、前記酸浸出することを含んでいてもよい。改良において、焼成保持時間は、15分〜100分であってもよい。前記方法の別の実施態様において、焼成後の前記酸浸出することは、大気圧超69kPa〜350kPaで行なわれてもよい。前記方法の別の実施態様において、焼成後の前記酸浸出することは、大気圧での水の沸点で行われてもよい。前記方法の別の実施態様において、該方法は、酸浸出することの前に、前記焼成媒体のスラリーを形成させることであって、該スラリーが、0.05モル/リットル〜1.0モル/リットルの酸強度を有する、前記形成させることをさらに含んでいてもよい。前記方法の別の実施態様において、酸浸出保持時間は、20分〜100分であってもよい。前記方法の別の実施態様において、前記無機酸は、鉱酸を含んでもよい。改良において、前記鉱酸は、硫酸、硝酸、フッ化水素酸、塩酸、過塩素酸、又はそれらの混合物を含んでもよい。前記方法の別の実施態様において、前記酸は、有機酸をさらに含んでもよい。改良において、前記有機酸は、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸、グルタミン酸、リンゴ酸塩、又はそれらの混合物を含んでもよい。前記方法の別の実施態様において、前記焼成することのための前記フィード鉱石は、湿式キルンフィード流動化を受けてもよい。
【００４１】
本開示の別の態様により、濾過製品が開示される。該製品は:(i)85ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの透過率、(ii)13〜20の範囲のb*値、及び(iii)3.5〜6.2の範囲のシリカ比容を有する珪藻土を含んでもよい。
【００４２】
実施態様において、前記珪藻土の前記シリカ比容は、4.5〜6.2であってもよく、かつ前記b*値は、14〜20の範囲であってもよい。別の実施態様において、前記珪藻土の前記シリカ比容は、5.5〜6.2であってもよく、かつ前記b*値は、14〜20の範囲であってもよい。
【００４３】
実施態様において、前記珪藻土は、0.147g/ml〜0.176g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度をさらに有してもよく、かつ前記b*値は、14〜20の範囲であってもよい。別の実施態様において、前記珪藻土は、0.216g/ml〜0.226g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度をさらに有してもよく、かつ前記b*値は、14〜20の範囲であってもよい。
【００４４】
実施態様において、前記珪藻土は、LH法により検出不可能なレベルのクリストバライトをさらに有してもよい。
【００４５】
実施態様において、前記珪藻土は、強熱ベースで80wt％超かつ84wt％未満のシリカ含量をさらに有してもよい。
【００４６】
別の実施態様において、前記珪藻土は、強熱ベースで84wt％〜87wt％のシリカ含量をさらに有してもよい。
【００４７】
さらに別の実施態様において、前記珪藻土は、強熱ベースで88wt％超から92wt％までのシリカ含量をさらに有してもよい。
【００４８】
別の実施態様において、前記酸化鉄含量は、強熱ベースで4wt％超であってもよい。
【００４９】
別の実施態様において、前記珪藻土は、0.184g/ml〜0.208g/mlの遠心分離湿潤密度をさらに有してもよい。
【００５０】
本開示の別の態様により、濾過製品が開示される。該製品は:(i)85ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの透過率、(ii)0.4〜1.0のEBC抽出可能アルミニウムのバルク酸化アルミニウム含量に対する比率であって、該EBC抽出可能アルミニウムが、百万分率で測定され、かつ該バルク酸化アルミニウムが、重量パーセントで測定される、前記比率及び(iii)0.4〜1.1のEBC抽出可能鉄のバルク酸化鉄含量に対する比率であって、該EBC抽出可能鉄が、百万分率で測定され、かつ該バルク酸化鉄が、重量パーセントで測定される、前記比率を有する珪藻土を含み得る。
【００５１】
実施態様において、前記珪藻土は、の範囲の遠心分離湿潤密度をさらに有してもよい 0.168g/ml〜0.183g/ml.
【００５２】
実施態様において、前記珪藻土は、0.184g/ml〜0.197g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度をさらに有してもよい。
【００５３】
実施態様において、前記珪藻土は、0.198g/ml〜0.208g/mlの遠心分離湿潤密度をさらに有してもよい。
【００５４】
実施態様において、前記珪藻土は、3〜8ppmの範囲の消費調整抽出可能金属ファクターをさらに有してもよい。
【００５５】
実施態様において、前記珪藻土は、6〜14ppmの範囲の抽出可能金属ファクターをさらに有してもよい。
【００５６】
実施態様において、前記珪藻土は、4〜8ppmの消費調整抽出可能金属ファクターをさらに有してもよい。
【００５７】
実施態様において、前記珪藻土は、3〜5ppmの消費調整抽出可能金属ファクターをさらに有してもよい。
【００５８】
実施態様において、前記珪藻土は、ASBC法を用いて検出不可能なビール可溶性鉄(BSI)含量をさらに有してもよく、ここで該ASBC法での検出限界は、GFAAを用いて0.1ppmである。
【００５９】
実施態様において、前記珪藻土は、1.0％〜5.0％のNa2O含量をさらに有してもよく、前記透過率は、300ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの範囲であってもよい。
【００６０】
実施態様において、前記珪藻土は、キムベラ属の珪藻植物に由来する複数の珪藻被殻を含有する珪藻被殻集団を含んでもよい。
【００６１】
実施態様において、濾過製品を生産する方法が開示される。該方法は:焼成用の未加工の珪藻土フィード鉱石を選択することであって、該フィード鉱石が:(i)強熱ベースで80wt％〜92wt％のシリカ含量、(ii)7wt％〜13wt％の酸化アルミニウム含量及び酸化鉄含量の合計、及び(iii)0.144g/ml〜0.240g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度を有する、前記選択すること;該フィード鉱石を、871℃〜1260℃の範囲の温度で焼成することで焼成媒体を形成することであって、(a)融剤の非存在下でか、又は(b)0.5wt％〜8.0wt％のアルカリ酸化物融剤の存在下で行われる、前記焼成すること;及び、任意に、前記焼成媒体を酸を用いて酸浸出することであって、該酸が無機酸を含む、前記酸浸出することを含んでいてもよい。改良において、焼成保持時間は、15分〜100分であってもよい。前記方法の別の実施態様において、焼成後の前記酸浸出することは、大気圧超69kPa〜350kPaで行ってもよい。前記方法の別の実施態様において、焼成後の前記酸浸出することは、大気圧での水の沸点で行われてもよい。前記方法の別の実施態様において、前記方法は、酸浸出することの前に、前記焼成媒体のスラリーを形成させることであって、該スラリーが、0.05モル/リットル〜1.0モル/リットルの酸強度を有する、前記形成させることをさらに含んでいてもよい。前記方法の別の実施態様において、酸浸出保持時間は、20分〜100分であってもよい。前記方法の別の実施態様において、前記無機酸は、鉱酸を含んでもよい。改良において、前記鉱酸は、硫酸、硝酸、フッ化水素酸、塩酸、過塩素酸、又はそれらの混合物を含んでもよい。前記方法の別の実施態様において、前記酸は、有機酸をさらに含んでもよい。改良において、前記有機酸は、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸、グルタミン酸、リンゴ酸塩、又はそれらの混合物を含んでもよい。前記方法の別の実施態様において、前記焼成することのための前記フィード鉱石は、湿式キルンフィード流動化を受けてもよい。
【００６２】
本開示の別の態様により、濾過製品が開示される。該製品は、珪藻被殻集団を含む珪藻土を含む。該珪藻土は、珪藻岩の入り組んでおりかつ多孔質の構造を有しており、かつ3.5超から6.2までの範囲のシリカ比容を有してもよく、ここで、該珪藻土は、湖成珪藻岩鉱床から供給される鉱石由来のものであってもよい。
【００６３】
実施態様において、前記珪藻被殻集団は、複数のキムベラ属の珪藻植物に由来する珪藻被殻を含有してもよい。改良において、前記珪藻被殻集団は、キムベラ・デシグナタ(Cymbella designata)種の複数の珪藻植物に由来する珪藻被殻を含有してもよい。
【００６４】
実施態様において、前記珪藻土は、6〜14ppmの範囲の抽出可能金属ファクターをさらに有してもよい。
【００６５】
実施態様において、前記珪藻土は、4〜8ppmの消費調整抽出可能金属ファクターをさらに有してもよく、前記シリカ比容は、3.9〜5.1の範囲であってもよい。
【００６６】
実施態様において、前記珪藻土の前記シリカ比容は、3.9超から6.2までの範囲であってもよい。
【００６７】
実施態様において、前記珪藻土は、0.4〜1.0の範囲にあるEBC抽出可能アルミニウムのバルク酸化アルミニウム含量に対する比率であって、該EBC抽出可能アルミニウムが、百万分率で測定され、かつ該バルク酸化アルミニウムが、重量パーセントで測定される、前記比率をさらに有してもよい。
【００６８】
実施態様において、前記珪藻土は、約200ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの間の透過率をさらに有してもよく、かつLH法を用いて決定する場合に検出不可能なレベルのクリストバライトを含有してもよい。
【００６９】
実施態様において、前記珪藻土は、13〜20の範囲にあるb*値をさらに有してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
(図面の簡単な説明)
【図１】図1は、従来の珪藻岩製品の生産用のプロセスフロー図を示す。
【００７１】
【図２】図2は、典型的な酸洗浄プロセスフロー図を示す。
【００７２】
【図３】図3Aは、Shiuhらの文献の高純度高性能珪藻岩プロセス用のプロセスフロー図を示す。
【００７３】
図3Bは、Celpureプラントの高純度高性能珪藻岩プロセス用のプロセスフロー図を示す。
【００７４】
【図４】図4Aは、超高性能濾過製品/媒体を生産するためのプロセスフロー図を示す。
【００７５】
図4Bは、高純度超高性能濾過製品/媒体を生産するためのプロセスフロー図を示す。
【００７６】
【図５】図5は、オパール-Cを示す5％の1879aスパイクを用いた及び用いない融剤焼成珪藻土を示す。
【００７７】
【図６】図6は、クリストバライトを示す28％の1879aスパイクを用いた融剤焼成珪藻土を示す。
【００７８】
【図７】図7Aは、海洋性珪藻植物の複数の属及び種を含む海成珪藻岩の走査型電子顕微鏡写真(SEM)である。
【００７９】
図7Bは、本開示の湖成珪藻植物のSEMであり−主にキムベラ属の被殻を含む。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
(詳細な説明)
本発明は、珪藻土から誘導される高純度超高濾過性能生物起源シリカ製品に関する。特に、本発明は、珪藻土を含有する製品/媒体であって、該珪藻土が、それらのもともと低い遠心分離湿潤密度に関して特に選択され、かつ任意に、非常に革新的な酸処理で徹底的に処理されて0.1mg可溶性金属/kgの検出限界近くまで抽出可能不純物が減少した鉱石由来である、前記製品/媒体に関する。該選択された天然鉱石の低い遠心分離湿潤密度は、焼成プロセスの間にさらに低いレベルまで向上し、それは酸処理の後でも維持され、高い微粒子保持能及び高いフラックス速度などの所望の濾過性能を一般に表す物理的性質を有する製品/媒体を提供する。本開示の別の態様は、非常に低抽出可能性の化学的性質及び並外れて高い製品フラックス速度の組合せを有する(非酸洗浄)超高性能珪藻岩濾過製品/媒体に関する。
【００８１】
製品の抽出可能不純物を減少させる酸洗浄の使用と併用での、鉱物純度を減少させ珪藻岩製品の遠心分離湿潤密度を低下させる湿式選鉱技術の使用は双方とも、珪藻岩製品の生産費用を実質的に増加させる。製品/媒体の非酸洗浄バージョンの生産プロセスにおいて、これらの高価なプロセスはいずれも採用されず、それにもかかわらず、該製品/媒体は、既存の従来型の製品よりもかなり低い抽出可能不純物を有する。
【００８２】
本開示の製品/媒体の高純度バージョンでは、酸洗浄が採用されるが、湿式選鉱プロセスは採用されない。何らかの初期湿式選鉱の非存在下での高いアルミニウム及び鉄不純物の存在は、非常に高い透過率を有し、かつそれにもかかわらずクリストバライトを含まない焼成製品/媒体をもたらす。酸洗浄用のフィードとして使用される非酸洗浄製品/媒体は、より低い金属溶解性を達成する最適化された焼成条件下で製造される。革新的な酸処理プロセスの既により低い可溶性金属フィード材料への応用は、従来技術の酸洗浄製品よりもかなり低い抽出可能金属製品/媒体を提供する。本発明で用いられるプロセス手法は、従って、より低い費用、低抽出可能性の化学的性質、及び超高性能珪藻岩濾過製品/媒体を提供する。
【００８３】
(超高性能濾過製品/媒体(非酸洗浄))
本開示の超高性能濾過製品/媒体は、通常(すなわち、図2のプロセス)、珪藻岩製品の抽出可能金属の性質を向上させるのに用いられる、バルクの化学的不純物を減少させる選鉱プロセスを受けておらず、かつ酸洗浄プロセスを受けていない珪藻岩超高性能濾過製品/媒体(非酸洗浄)を含む濾過媒体製品である。該製品/媒体は、現行の商業的に利用可能な珪藻岩濾過媒体製品と比較して、非常に低い遠心分離湿潤密度及び高いシリカ比容を特徴とする。
【００８４】
本開示の一態様により、前記超高性能濾過製品/媒体は、85〜14,000ミリダルシーのさまざまな製品透過率をカバーする濾過助剤媒体を提供する。これらの超高性能濾過製品/媒体の独特な態様の一つは、10,000〜14,000ミリダルシーの透過率範囲内で作製した製品/媒体を除く、全ての他の製品/媒体が、高い透過率を達成するために製品の微細な画分の除去が必要とされないことを示す「ダイレクトラン」製造によって作製されることである。下記の表5は、本開示の例示的な超高性能濾過製品/媒体のいくつかの物理的性質及び化学的性質の範囲を示す。これらは全て、該製品/媒体のシリカバルク化学含量が比較的低い場合であってさえも、高いシリカ比容を提供する並外れて低い遠心分離湿潤密度を有する。該シリカ比容は、約3.5〜約6.2の範囲であり、これは、選鉱処理されていない製品としては非常に高い。これらの製品/媒体の遠心分離湿潤密度は、約0.147g/ml(9.2lb/ft3)〜0.226g/ml(14.1lb/ft3)の範囲であり、平均すると約10lb/ft3〜12.0lb/ft3であり、従来技術又はいかなる市販製品のうちのいかなる選鉱処理されていない製品のそれよりもかなり低い、並外れて低い遠心分離湿潤密度である。
【００８５】
本明細書で開示される新規製品/媒体はまた、酸化アルミニウム含量と酸化鉄含量との和(例えば、Al2O3＋Fe2O3)が、7wt％を超える高いアルミナ及び酸化鉄含量を特徴とする。Lenzらの文献:国際出願第PCT/US16/37816号に開示されているように、このバルク化学組成は、ナトリウム融剤の存在下でさえ、製品透過率範囲の全体にわたってクリストバライトを含まない製品の製造を可能とする。高い不純物含量はまた、製品中のソーダ灰融剤レベルが高い場合であってさえも、高いb*値をもたらす。本開示の高性能濾過製品/媒体は、約14〜約20の範囲のb*値を有する。
【００８６】
酸化鉄含量は、最小バルク化学組成が3.9wt％Fe2O3であり、製品/媒体の全てで非常に高い。しかしながら、これらの製品/媒体のビール可溶性鉄含量(ASBC法)は、焼成操作において採用される加工条件のために非常に低い。これらの製品/媒体の非常に低い遠心分離湿潤密度は、濾過助剤のより少ない、既存の市販製品よりも約50％少ない質量が、大部分の濾過操作において所与の液体を濾過するのに必要とされるであろうことを示すものである。ASBC法及びEBC法などの、珪藻岩濾過媒体用の最も広く用いられる飲料化学試験方法が、等質量の濾過媒体の使用に基づいているため、該方法は、平均よりも低い遠心分離湿潤密度を有する製品中に含有される抽出可能不純物のレベルを過大表示する傾向があるであろう。その結果、濾過されている流体中の抽出可能鉄は、従って、本発明の製品/媒体の全てについて約50パーセント減少して、15ppm以下の消費調整ビール可溶性鉄(CA-BSFe)をもたらすであろう。これは、全てがかなり高い遠心分離湿潤密度及びかなり低いシリカ比容を有する、大部分の市販の従来の珪藻岩濾過媒体製品と同等か又はそれよりも良好である。消費調整ファクターを用いて、類似の低抽出可能金属ファクターレベルが、本開示における製品/媒体の全てについて得られる。
(表5  例示的な超高性能濾過助剤製品/媒体の性質7)
【表８】
2020504003.tif 000010
1製品透過率(ミリダルシー)
2SSV−シリカ比容
3消費調整抽出可能金属ファクター
4ビール可溶性鉄−ASBC法
5消費調整ビール可溶性鉄−ASBC法
6検出不可能
7強熱ベースでのバルク化学組成
【００８７】
(高い純度を有する超高性能濾過製品/媒体)
本開示の高純度超高性能濾過製品/媒体は、珪藻土を含有し、高性能珪藻岩製品としては、それらが、バルクの化学的不純物を顕著に減少させるいかなる選鉱プロセスも受けていないが、抽出可能金属を顕著に減少させる革新的な酸洗浄プロセス及び酸処理の後に非常に軽い密度の製品/媒体を維持する革新的な焼成プロセスを受けているという点でユニークである。これらの製品/媒体の非常に低い遠心分離湿潤密度のために、これらは、市販の高純度珪藻岩濾過助剤製品及び従来技術における任意の他の製品よりも高い微粒子保持能を有する。
【００８８】
本開示の高純度超高性能濾過製品は、非常に低抽出可能性の化学的性質を有する、85ミリダルシー〜14,000ミリダルシーのさまざまな製品透過率をカバーする濾過助剤媒体/製品を提供する。以下の表6は、例示的な本開示の高純度超高性能濾過製品/媒体のユニークな物理的性質及び化学的性質を示す。これらの製品/媒体は、高いシリカ比容を提供する並外れて低い遠心分離湿潤密度を有する。シリカ比容は、約3.9〜約5.1の非常に狭い範囲内にあり、これは、選鉱処理されていない高純度製品としては非常に高い。これらの製品/媒体の遠心分離湿潤密度は、約0.168g/ml(10.5lb/ft3)〜約0.208g/ml(13.0lb/ft3)の範囲であり、平均で、約0.176g/ml(11.0lb/ft3)〜約0.200g/ml(12.5lb/ft3)である、そのクラスの従来技術又はいかなる市販製品のうちのいかなる製品のそれよりもかなり低く、高純度珪藻岩製品としては並外れて低密度である。これらの高純度製品/媒体は、Al2O3＋Fe2O3が、約7wt％を超える高いアルミナ含量及び高い酸化鉄含量を特徴とする。この高い不純物含量は、高いソーダ灰融剤濃度であってさえも、該製品/媒体の高いb*値をもたらす。このバルク化学組成は、これらのより高い透過率でかつナトリウム融剤の存在下であってさえも、クリストバライトを含まない製品/媒体を提供する。従って、高い鉄及びアルミニウム不純物、高いb*値とクリストバライトを含まない製品の形成との間に相関がある。本開示の高純度製品/媒体のb*値は、約13〜約18の範囲であり、これは、融剤焼成製品としては並外れて高い。製品中の高い不純物レベルの影響は、酸処理の後に緩和され、結果として低い抽出可能金属がもたらされる。欧州醸造大会(the European Brewery Convention)(EBC)試験法を用いるアルミニウム、鉄、及びカルシウム金属溶解性の総量を示すものである、抽出可能金属ファクターEMFは、14以下で非常に低い。この高純度製品/媒体の非常に低い遠心分離湿潤密度は、このカテゴリーのいかなる製品と比較しても非常に低い値である約3〜約8の間の消費調整抽出可能金属ファクター(CA-EMF)を提供する。これらの製品/媒体のビール可溶性鉄含量は、アメリカ醸造化学者学会(the American Society of Brewery Chemist; ASBC)試験法に基づいて検出不可能(nd)である。高純度製品/媒体では、EBC抽出可能アルミニウムのバルク酸化アルミニウム化学(wt％)に対する比率は、約0.4〜約1.0の間であり、EBC抽出可能鉄のバルク酸化鉄化学(wt％)に対する比率は、約0.4〜約1.1である。これらの比率は、不純物の溶液中への抽出の容易さを示し、より低い数字は、かなり不活性な製品を示す。
(表6  例示的な高純度超高性能濾過助剤製品/媒体6)
【表９】
2020504003.tif 000011
1SSV−シリカ比容
2抽出可能金属ファクター:EBC試験法、抽出可能金属ファクター＝Σ(Al,Fe,Ca)
3消費調整抽出可能金属ファクター:EBC試験法
4ビール可溶性鉄−ASBC試験法:なお、ASBC法で検出することができる最低量(検出限界(LD))は、GFAAを用いて0.1ppmである。
5nd−検出不可能な値(ビールバックグラウンドFeの減算が、ゼロの結果を与える−ASBC)
6強熱ベースでのバルク化学組成
【００８９】
(超高性能珪藻岩濾過製品/媒体を調製する方法)
従来の珪藻岩濾過製品を生産するのに用いられる鉱石の範囲に入る遠心分離湿潤密度を有する鉱石で開始される典型的な珪藻岩生産プロセスとは異なって、本開示の製品/媒体を調製するためのプロセスは、並外れて低い遠心分離湿潤密度を有する鉱石の選択で開始される。
【００９０】
本発明の鉱石の選択の別の態様は、未加工鉱石の化学的性質である。本発明の製品/媒体の生産に用いられる低遠心分離湿潤密度鉱石に起因して、大部分の市販の珪藻岩濾過製品に用いられる鉱石よりも高いレベルの不純物を有していてもよい鉱石の選択においてより高い柔軟性が存在する。
【００９１】
本開示の一実施態様において、選択される珪藻岩鉱石は、起源が湖成のものであり、好ましくは、主に又は実質的に、キムベラ属に、好ましくは、キムベラ・デシグナタ種に由来する珪藻被殻で構成される。
【００９２】
本開示の別の独特な態様は、熱処理の前に、鉱石のかさ密度を低減するのに湿式キルンフィード流動化の技術が採用される焼成プロセスに関する。正味の効果は、非常に低い遠心分離湿潤密度及び別のやり方で達成され得るであろうものよりも高い透過率の双方を有する製品/媒体である。米国特許第8,410,017号(「Nyamekyeらの文献)は、大量の微粒子を含み、約25lb/ft3超の湿潤密度及び約10ミリダルシー未満の透過率を有する、高密度フィード鉱石用の水とのキルンフィード予備凝集物を教示する。しかしながら、本開示は、9〜15lb/ft3(0.144g/m〜0.240g/ml)の範囲の非常に低い密度及び50ミリダルシー超から200ミリダルシーまでの範囲の透過率を既に有している鉱石に対して湿式フィード流動化を利用する。焼成後の製品透過率を向上させるための珪藻土キルンフィードへの水の添加に関する別の従来技術が、米国特許第3,013,981号(「Riede, R. G.の文献」)及び米国特許第2,693,456号(「Fennell, J. E.の文献」)に開示されている。
【００９３】
本発明の別の独特な態様は、非常に低い抽出可能金属を有する高純度グレードを得るための超高性能珪藻岩製品/媒体の最終酸処理に関する。該最終酸処理は、無機酸及び有機酸の酸添加を用いて実施される。好ましい実施態様において、該最終酸処理は、無機酸(例えば、鉱酸)、それに続く製品/媒体中に残っている任意の残留金属可溶性物質をキレートするクエン酸などの有機酸の段階的な酸添加を用いて実施され、これは全て、周囲条件下で行われる。製品/媒体用途によって許容され得る最高抽出可能金属に応じて、製品/媒体の最終酸処理もまた、大気圧を超える加圧下で実施されてもよい。加圧下での酸処理は、高純度グレードの市場で現在利用可能ないかなる珪藻岩濾過媒体製品従来技術で記載されるいかなる製品のそれよりも低い非常に低い金属抽出可能物をもたらす。
【００９４】
本明細書に記載される超高性能濾過製品/媒体を生産するためのプロセスフロー図を、図4A及び図4Bに示す。従来の(非酸洗浄)超高性能濾過製品/媒体の生産プロセス400が、図4Aに例示される。高純度超高性能濾過製品/媒体(超高性能濾過製品/媒体の高純度バージョン)の生産プロセス500を、図4Bに示す。図4Aプロセス400から得られる製品/媒体は、液体の濾過において直接使用することができるか、又は図4Bのプロセス500から生じる高純度製品/媒体を生産するための原料として用い得る。
【００９５】
従来の(非酸洗浄)グレードの生産プロセス400は、図4Aに関連して以下で記載されるように、低密度未加工鉱石選択、粉砕、フラッシュ乾燥、廃棄物分離、焼成、及び冷却/分散を含む。
【００９６】
プロセス400のブロック410は、適切な珪藻岩未加工鉱石を特定し選択することを含む。適切な珪藻岩未加工鉱石が、CWD試験の結果及び鉱石のバルク化学組成に基づいて特定され選択される。適切な低い遠心分離湿潤密度を有する珪藻岩未加工鉱石を特定するために、未加工鉱石の代表試料を乾燥させ、80メッシュサイズを通るようにハンマーで製粉する。その後、別の(第2の)代表試料を、80メッシュサイズを通った粉末から取り出す。その後、該粉末の試料に対し、遠心分離湿潤密度が、0.144g/l(9.0lb/ft3)〜0.240g/ml(15lb/ft3)の範囲内であるかどうかを決定する遠心分離湿潤密度試験を行う。該遠心分離湿潤密度試験を実施するための標準的な操作手順を、本開示の「超高性能珪藻岩濾過製品/媒体及び高純度超高性能珪藻岩濾過製品/媒体を特性評価する方法」セクションで本明細書に記載する。本プロセス400は、より低い密度仕様のより高い不純物レベルを有する鉱石を許容するであろうし、強熱ベースで低くても80wt％SiO2及び高くても約92wt％のシリカ含量を有する珪藻土鉱石を扱うであろうし、アルミニウム及び酸化鉄(Al2O3＋Fe2O3)含量の和は、13wt％に達し得る。従って、プロセス400の残りのための珪藻岩未加工鉱石フィードとしてブロック410において選択される珪藻岩未加工鉱石は:(1)0.144g/ml〜0.240g/mlの範囲のCWD;(2)強熱ベースで80wt％SiO2〜強熱ベースで約92wt％の範囲のシリカ含量;及び(3)約7wt％〜約13wt％の範囲の酸化アルミニウム及び酸化鉄(例えば、Al2O3＋Fe2O3)含量の和を有する。多くの異なる珪藻植物属に由来する珪藻被殻を含有する海成(塩水)珪藻岩から製造される従来技術の超高濾過性能珪藻岩製品とは異なって、本開示の製品は、多くの場合、1つのみ又は場合によっては2つ又は3つのみの珪藻植物属に由来する珪藻被殻を含む湖成(淡水)珪藻岩から製造され得る。より詳細には、選択される珪藻岩未加工鉱石は、珪藻被殻集団から構成される。
【００９７】
実施態様において、前記珪藻被殻集団は、複数のキムベラ属の珪藻植物に由来する珪藻被殻を含んでもよい。改良において、該珪藻被殻集団の珪藻被殻の少なくとも70％〜80％が、キムベラ属の珪藻植物に由来していてもよい。別の改良において、前記キムベラ属の珪藻植物は、デシグナタ種のものであってもよい。さらなる改良において、該珪藻被殻集団の珪藻被殻の少なくとも70％〜80％は、キムベラ属デシグナタ種の珪藻植物に由来していてもよい。
【００９８】
ブロック420において、ブロック410において適切な低密度未加工鉱石フィードとして特定された未加工鉱石が、粉砕される。
【００９９】
ブロック430において、ブロック420から得られる粉砕された未加工鉱石を、フラッシュ乾燥させる。フラッシュ乾燥工程の間の粉砕された未加工鉱石フィード鉱石の粒子完全性を保存するために、フラッシュ乾燥機が、インライン双円錐型静的分級器を用いるよう構成される。この構成を用いると、粉砕された未加工鉱石フィードは、フラッシュ乾燥操作の間に穏やかに製粉され、粒度の仕様を満たさない粗い粒子があれば、インライン双円錐型分級器の粗粒子排出部を通じてミルに戻される。
【０１００】
ブロック440において、正当化される場合には、ブロック430から得られた乾燥粉末に対して、空気分離機又は空気分級器を用いて鉱石中の石英、チャート、砂、及び他の重い異物を除去する乾式重質鉱物不純物ウエットエンド廃棄物分離を行う。
【０１０１】
ブロック450において、ブロック440から得られる乾燥させて分離した製品/媒体を、焼成する。焼成プロセス条件は、キルン排出製品/媒体が、所望の製品/媒体についての標的透過率範囲内の透過率を有するように選択される。ブロック450の一部として、微製粉された融剤(例えば、ソーダ灰)が、乾燥させ分離された製品/媒体(ブロック440からのもの)の中に徹底的に混合され、得られた混合物が、リボンブレンダー中に放出されて、珪藻岩粒子の表面を湿らすために約4.0wt％〜約6wt％の霧状とされた水の微細なミストと混合される。正味の効果は、より低いゆるい重量密度の湿った/湿式流動化されたキルンフィード材料である。そのようなフィードは、871℃〜1260℃(1600°F〜2300°F)の範囲の温度で、約15分〜約100分の範囲の期間焼成され得る。いくつかの実施態様において、該フィードは、982℃〜1204℃(1800°F〜2200°F)の範囲の温度で20分〜60分の範囲の期間焼成されてもよい。85ミリダルシー〜4000ミリダルシーの透過率を有する製品/媒体を生じさせるために使用される融剤(例えば、ソーダ灰)の量は、一般に、適切な焼成温度に応じて0.5wt％〜8wt％の範囲である。融剤焼成プロセスは、フィードが、キルンのバーナーからの火炎と直接接触する直接燃焼式キルン内で行ってもよい。あるいは、キルンのシェルが外側から加熱され、焼成中の材料が、バーナーの火炎と直接接触することが全くなく、焼成が熱伝導によって達成される間接燃焼式キルンが採用されてもよい。
【０１０２】
ブロック460において、ブロック450の結果物を冷却し、遠心ふるいなどを用いて分散させて、ブロック470の超高性能濾過製品/媒体を製造する。任意に、粉鉱を除去してもよい。
【０１０３】
図4Bは、本開示で教示される高純度製品/媒体用の生産プロセス500を表す;そのような製品/媒体は、低い抽出可能金属を特徴とし得る。
【０１０４】
ブロック510において、ブロック470の超高性能製品/媒体が、プロセス500のフィードとして利用される。その後、プロセス500は、ブロック510からブロック520へと進む。
【０１０５】
ブロック520において、ブロック510の製品/媒体を、粉末中に分散させ、その後、10wt％〜15wt％固体にスラリー化させ、それを仕上げ浸出用に準備する。
【０１０６】
ブロック530において、該スラリーを、酸を用いてガラス反応器(など)の中で(酸)浸出する。実施態様において、該酸は、無機酸を含んでもよい。別の実施態様において、該酸は、無機酸及び有機酸を含んでもよい。該無機酸は、鉱酸を含んでもよい。該鉱酸は、硫酸、硝酸、塩酸、又はそれらの混合物を含んでもよい。該有機酸は、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸、グルタミン酸、リンゴ酸塩、又はそれらの混合物を含んでもよい。実施態様において、用いられる総計の無機酸強度は、0.05M〜1.0Mであってもよい。一実施態様において、用いられる該総計の無機酸強度は、0.1モル/リットル(M)〜0.5モル/リットル(M)であってもよい。用いられる有機酸の総計の用量は、製品固体1トン当たり8.0kg〜15.0kgであってもよい。酸浸出のための、酸浸出保持時間は、20分〜100分であってもよい。実施態様において、温度は、周囲圧力下で80℃〜95℃の範囲であってもよい。例えば、好ましい実施態様において、周囲圧力下で95℃での合計で1時間の仕上げ浸出保持時間を用いてもよい。得られる製品/媒体の最高純度が所望される別の実施態様(言い換えれば、非常に低い含量の抽出可能不純物を有する製品/媒体)において、ブロック520のスラリーを、周囲圧力下で酸浸出するのに用いるであろうものと同じ酸濃度を用いるが、温度を110℃〜150℃の範囲の温度まで上昇させて、加圧下で仕上げ浸出してもよい。そのような実施態様の1つにおいて、ブロック520のスラリーを、大気圧超69kPa〜350kPa(10PSI〜50PSI)の圧力で酸浸出してもよい。別の実施態様において、ブロック520のスラリーは、大気圧での水の沸点で酸浸出してもよい。
【０１０７】
ブロック540において、ブロック530の浸出の最後に、得られた浸出したスラリーが脱水され、生じたケーキが、圧力フィルターを用いて脱イオン水で徹底的にすすがれて、乾燥製品の10wt％スラリーの導電率/媒体が、20μS/cm未満であることが確実なものとされる。
【０１０８】
ブロック550において、ケーキを乾燥させ、分散させて、本開示の最終の高純度超高性能珪藻岩濾過媒体/製品を得る。珪藻植物粒子の完全性を維持するため及び製品/媒体の遠心分離湿潤密度を保持するために、ケーキの乾燥を、静止乾燥機、通常、箱形乾燥器中で行ってもよく、乾燥させたケーキを、遠心ふるいを用いて分散させてもよい。
【０１０９】
(本発明の超高性能製品/媒体の従来技術との比較)
本開示は:(1)類似の従来製品よりも低い抽出可能金属ファクターを有する珪藻岩を含む濾過助剤;及び(2)(1)の珪藻岩製品/媒体を酸洗浄すること、及び従来技術のいかなる比較高純度製品よりも低い抽出可能金属ファクターを得ることによって製造される高純度珪藻岩を含む濾過助剤に分類される超高性能濾過製品/媒体を提供する。これらの超高性能濾過助剤の低い抽出可能金属ファクターのほかに、これらの製品/媒体はまた、従来技術の他の匹敵するグレードの製品を上回る並外れて低い遠心分離湿潤密度及び高いシリカ比容を示す。これらの製品/媒体の重要な特徴は、これらが通常高い製品密度の指標となるレベルのアルミナ及び酸化鉄などの不純物を含有していてもなお、本発明の製品/媒体が、例外的に低い密度を有することである。そのような高レベルの非珪藻岩鉱物を有する珪藻岩製品が、酸浸出の前でさえ、例外的に低抽出可能性の化学的性質を有するものとしても特徴づけられることも驚くべきことであり予期しないものであった。加えて、従来技術の超高濾過性能珪藻岩製品とは異なって、本開示の製品は、湖成珪藻岩から誘導され、かつ、その結果、珪藻植物の1〜3つの属のみに由来する珪藻被殻含有し得る。図7Aは、カリフォルニア州Lompocの海成珪藻岩(塩水域の珪藻植物によって産生される珪藻被殻)から製造される従来技術のCelpure製品(この場合Celpure 65)の珪藻植物集合体の走査型電子顕微鏡写真(SEM)を示し、図7Bは、湖成珪藻岩(淡水域の珪藻植物によって産生される珪藻被殻)から製造される本開示の超高濾過性能珪藻岩製品のSEMを示す。図7AのSEMで分かるように、例示的なCelpure製品の海成珪藻岩は、複数の属及び種の海洋性珪藻植物を含有する。
【０１１０】
(広い範囲の透過率)
本開示は、高い透過率を達成するのに粉鉱分級に頼らない「直接実施(direct-run)」製造(焼成後の分級を用いない)を利用する、約85ミリダルシーから最大で約10,000ミリダルシーの範囲の透過率を有する超高性能濾過製品/媒体を製造する方法を教示する。そのような手法は、融剤(例えば、ソーダ灰)を可溶化してそれを粒子凝集のために反応性とし、またフィードかさ密度を減少させて最終的にはより低い焼成製品/媒体密度を提供する湿式キルンフィード流動化の技術を利用することによって可能とされる。これらのファクターは、湿式キルンフィード流動化を受けない類似の従来の製品よりもほぼ2倍高い焼成製品/媒体のより高い透過率をもたらす。対照的に、1000ミリダルシー以上の透過率を有する従来の製品は、焼成後の粉鉱の分級(及び除去)によって作製される。そうであっても、大部分の市販の高速流速製品は、粉鉱除去後に最高で8000ミリダルシーの透過率を有するのみである。Imerys社のCelpure(登録商標)製品などの従来技術で公知の高純度高性能製品では、透過率は、最高でたった1000ミリダルシーである。酸洗浄グレード(CeliteAW及びCelatom PurifiDE)は、表11に示されるように3000ミリダルシーグレードの範囲のみの透過率を示す。
【０１１１】
(非常に低い遠心分離湿潤密度)
表7Aは、85ミリダルシー〜14,000ミリダルシー範囲の、本発明のさまざまな超高性能濾過製品/媒体対従来技術製品の遠心分離湿潤密度(CWD)の範囲を示す。本発明の遠心分離湿潤密度範囲は、超高性能濾過製品/媒体及び高純度バージョンの超高性能濾過製品/媒体を表す。従来の珪藻岩濾過製品に匹敵する超高性能製品/媒体は、意図的に酸洗浄された高純度超高性能製品よりもCWDが僅かに低い。表7Aは、製品/媒体の各透過率範囲について、本開示の製品/媒体の遠心分離湿潤密度が、従来技術の製品よりも顕著に低いことを示す。0.294g/ml(18.4lb/ft3)〜0.465g/ml(29.0lb/ft3)の範囲である従来技術の従来製品と比較して、本開示の例示的な高性能製品/媒体は、0.147g/ml(9.2lb/ft3)〜0.226g/ml(14.1lb/ft3)の範囲の遠心分離湿潤密度を有する。従来の製品に相当する本開示の製品/媒体(言い換えれば、本開示の高純度バージョンではない超高性能濾過製品/媒体)は、選鉱処理されていない珪藻岩濾過媒体について従来技術で知られているものよりも少なくとも50％低い遠心分離湿潤密度を有する。表7Bに示される高純度製品/媒体は、従来技術の従来の非酸洗浄製品、及び酸洗浄され、選鉱処理されていない製品の双方よりもさらにかなり低い、0.168g/ml(10.5lb/ft3)〜0.208g/ml(13.0lb/ft3)の範囲にわたる遠心分離湿潤密度を有する。高純度製品の遠心分離湿潤密度はまた、表7Bに示されるように、0.32g/ml〜0.37g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度を有する酸洗浄製品(Celite AWグレード−FilterCel、Standard SuperCel、Hyflo SuperCel、Celite 535; Celatom AWグレード−PurifiDE AW3、PurifiDE AW2、PurifiDE AW20)のそれよりも顕著に低い。従来技術の選鉱処理された酸洗浄されたCelpure製品(Celpure 100、300、及び1000)は、本開示の製品よりも高い0.213g/ml〜0.256g/mlの範囲の遠心分離湿潤密度を有する。
(表7A  例示的な本明細書で開示される新規超高性能製品/媒体及び従来技術の従来製品の遠心分離湿潤密度(g/ml))
【表１０】
2020504003.tif 000012
1Celite FilterCel, Radiolite 200, Celatom FP1, Dicalite WB6, CECA Clarcel CBR
2Celite Standard SuperCel, Radiolite 300, Celatom FP4, Dicalite 231, CECA Clarcel CBL3
3Celite Hyflo SuperCel, Radiolite 600, Celatom FW12, Dicalite 341, CECA Clarcel DIFBO
4Celite 535, Radiolite 900, Celatom FW40, Dicalite Speedex, CECA Clarcel DICS
5Celite 545, Radiolite 900S, Celatom FW60, Dicalite 2500, CECA Clarcel DITR
6Radiolite 1100, Celatom FW80, CECA Clarcel DIT2R
7Dicalite 4500
8n/a−入手できず
9現在、CECA濾過助剤製品は、Calgon Carbonによって製造されている。
(表7B  例示的な本明細書で開示される新規高純度超高性能製品/媒体及び従来技術の高純度製品の遠心分離湿潤密度(g/ml))
【表１１】
2020504003.tif 000013
1 Celite FilterCel, Celpure 100
2 Celite Standard SuperCel, Celatom PurifiDE AW3, Celite分析用濾過助剤, Celpure 300
3 Celite AW Hyflo SuperCel, Celatom PurifiDE AW12, Celpure 1000
4 Celite AW 535, Celatom PurifiDE AW20
5n/a−入手できず
【０１１２】
(非常に高いシリカ比容)
シリカ比容(SSV)は、珪藻岩のシリカ含量と遠心分離湿潤密度との組み合わせでの作用の尺度である;SSV値が高いほど、濾過における珪藻岩製品の有用性はより良好である。表8Aは、85ミリダルシー〜14,000ミリダルシー製品の透過率の範囲について、本開示のシリカ比容データ及び従来技術の従来製品のそれを示す。本開示の製品/媒体の比較的低いシリカ含量にもかかわらず、それでもなお、製品の顕著に高い遠心分離湿潤密度/媒体が、従来技術の製品と比較してかなり高いシリカ比容を提供する。各製品について、本開示の製品/媒体のシリカ比容は、従来技術よりもかなり高い。シリカ比容が2.0〜3.1の範囲である従来技術の従来製品に対し、高性能製品/媒体についてそれは、3.5〜6.2の範囲である。表8Bに示される本開示の精製製品/媒体については、シリカ比容は、4.7〜6.1の範囲であった。これは、従来技術の従来製品よりもさらに高い。選鉱処理されたCelpure製品及び酸洗浄製品(表8B)と比較すると、新規本開示の製品/媒体のシリカ比容は高い。
(表8A  例示的な超高性能製品/媒体及び従来技術の従来製品のシリカ比容)
【表１２】
2020504003.tif 000014
1 Celite FilterCel, Radiolite 200, Celatom FP1, Dicalite WB6, CECA Clarcel CBR
2 Celite Standard SuperCel, Radiolite 300, Celatom FP4, Dicalite 231, CECA Clarcel CBL3
3 Celite Hyflo SuperCel, Radiolite 600, Celatom FW12, Dicalite 341, CECA Clarcel DIFBO
4 Celite 535, Radiolite 900, Celatom FW40, Dicalite Speedex, CECA Clarcel DICS
5 Celite 545, Radiolite 900S, Celatom FW60, Dicalite 2500, CECA Clarcel DITR
6 Radiolite 1100, Celatom FW80, CECA Clarcel DIT2R
7 Dicalite 4500 
8 n/a−入手できず
9 現在、CECA濾過助剤製品は、Calgon Carbonによって製造されている
(表8B  例示的な高純度超高性能製品/媒体及び従来技術の高純度製品のシリカ比容)
【表１３】
2020504003.tif 000015
1Celite FilterCel, Celpure 100
2Celite Standard SuperCel, Celatom PurifiDE AW3, Celite分析用濾過助剤, Celpure 300
3Celite AW Hyflo SuperCel, Celatom PurifiDE AW12, Celpure 1000
4Celite AW 535, Celatom PurifiDE AW20
5n/a−入手できず
【０１１３】
(抽出可能金属ファクター(EMF)−EBC法を利用)
抽出可能金属ファクター(EMF)は、濾過媒体に含有されるいくつかの抽出可能不純物の標準条件下での尺度である。より詳細には、EMFは、抽出可能鉄の測定について欧州醸造大会(EBC)によって規定された条件下で標準質量の製品に含有される抽出可能なアルミニウム、鉄、及びカルシウムの和の尺度である。
【０１１４】
本発明の超高性能製品/媒体の消費調整抽出可能金属ファクター(CA-EMF)と従来技術からの代表的な市販製品のそれとの比較を、以下の表10に示す。
【０１１５】
表10に示されるように、非酸洗浄本開示の製品/媒体は、従来技術からの非酸洗浄製品よりも顕著に低い消費調整抽出可能金属ファクターを有する。本開示の製品/媒体及び従来技術からの製品についての消費調整抽出可能金属ファクター(CA-EMF)の評価の基準は、遠心分離湿潤密度が0.337g/ml(21.0lb/ft3)である標準的な製品についてのものである。該消費調整抽出可能金属ファクターは、典型的なDE濾過助剤(又は媒体)の遠心分離湿潤密度で除して、濾過助剤(FA)(又は媒体)の抽出可能金属ファクターを乗じた濾過助剤(又は媒体)の遠心分離湿潤密度である。例えば、本開示のより低い密度の製品の消費調整抽出可能金属ファクターは:
【数１】
2020504003.tif 000016
として与えられる。
(表10  例示的な超高性能製品/媒体及び従来技術製品の消費調整抽出可能金属ファクター(CA-EMF)(ppmでのもの))
【表１４】
2020504003.tif 000017
1 Celite FilterCel, Radiolite 200, Celatom FP1, Dicalite WB6, CECA Clarcel CBR
2 Celite Standard SuperCel, Radiolite 300, Celatom FP4, Dicalite 231, CECA Clarcel CBL3
3 Celite Hyflo SuperCel, Radiolite 600, Celatom FW12, Dicalite 341, CECA Clarcel DIFBO
4 Celite 535, Radiolite 900, Celatom FW40, Dicalite Speedex, CECA Clarcel DICS
5 Celite 545, Radiolite 900S, Celatom FW60, Dicalite 2500, CECA Clarcel DITR
6 CECA Clarcel DIT2R 
7 Dicalite 4500
8 n/a−入手できず
9 現在、CECA濾過助剤製品は、Calgon Carbonによって製造されている
【０１１６】
超高性能濾過製品/媒体の高純度バージョン及び代表的な従来技術製品についての消費調整抽出可能金属ファクターを、表11に示す。ここでも、他の競合する酸洗浄製品及び選鉱処理された精製されたCelpure製品と比較すると、CA-EMFは、本開示では非常に低いレベルを示す。
(表11  例示的な高純度超高性能製品/媒体及び従来技術製品の消費調整抽出可能金属ファクター(CA-EMF)(ppmでのもの))
【表１５】
2020504003.tif 000018
1 Celpure 100
2 Celite Standard SuperCel, Celatom PurifiDE AW3, Celite分析用濾過助剤, Celpure 300
3 Celatom PurifiDE AW12, Celpure 1000
4 Celite AW 535, Celatom PurifiDE AW20
5 n/a−入手できず
【０１１７】
(生産プロセス)
本発明の製品の生産プロセスのいくつかのユニークな特徴は、超高性能製品及び超高性能超高純度製品の双方の生産に用いられる鉱石の選択と関連する。これらには、もともと低い遠心分離湿潤密度を有する一方で、比較的高レベルの酸化鉄及びアルミナ不純物も有する湖成珪藻岩鉱石の選択が含まれる。従来技術においては、より高い遠心分離湿潤密度及びより低いアルミナ及び酸化鉄含量を有する海成珪藻岩が、原料として選択される。
【０１１８】
本発明の超高性能濾過製品/媒体の生産プロセスの1つの明確な特徴は、直接実施プロセス(焼成後の分級を用いない)を用いることによって、最高で10,000ミリダルシーの高透過性製品/媒体を製造できることである。従来技術においては、高い透過率の従来の製品は、製品の平均粒度及び透過率の増加を達成するために焼成製品中のより微細な粒子を除去することによって生産される。本開示においては、高透過性製品/媒体は、キルン内でのより微細な粒子のより粗い粒子への凝集を強める湿式キルンフィード流動化の技術によって作製される。最終結果は、フィード流動化を全く行わない同等の従来製品の同じ稼働条件と比べて、顕著に低い粉鉱画分、高い透過率、及び高度に低い遠心分離湿潤密度を有する製品/媒体である。同じく、本開示は、最終製品/媒体の高度な酸洗浄剤/加圧浸出を用いてさまざまな製品/媒体の最低抽出可能金属を達成する。従って、本発明の製品/媒体抽出可能金属不純物は、従来技術製品と比較すると非常に低い。本開示の別の独特な態様は、最終製品/媒体の遠心分離湿潤密度を増加させることなく非常に高い温度で珪藻岩フィードを焼成できることである。典型的な従来の珪藻岩製品生産の焼成温度には制限があり、これは、高い焼成温度では、通常、製品密度の著しい増加があるためである。製品/媒体の密度に影響を与えずにより高い温度で焼成できることは、可溶性不純物を固定するというプラスの効果を有し、より低い抽出可能金属をもたらす。
【０１１９】
(超高性能珪藻岩濾過製品/媒体及び高純度超高性能珪藻岩濾過製品/媒体を特性評価する方法)
本発明の超高性能濾過製品/媒体及び高純度超高性能濾過製品/媒体、並びに他の比較珪藻土製品を特性評価する方法を、以下のセクションで詳細に説明する。
【０１２０】
(透過率)
濾過ケーキ(珪藻土を含有する)の透過率は、ケーキの濾過能力の重要な尺度であり、それは、室温で規定された圧力差の下で水道水の流れの速度を観察することによって実験的に決定される。それは、湿潤密度、粒度分布、固形物滞留、並びに他の物理的性質及び化学的性質と共に製品の仕様書に使用される重要な特性である。珪藻土を含有する濾過ケーキを用いる濾過は、工業的プロセスにおいて流体からの粒子状固体の除去に使用され、一般的に、濾過ケーキの透過率が、微粒子除去効率のレベル及び該ケーキを通って流れる流体のフラックス速度を規定する。本発明は、従って、製品/媒体の透過率に基づく、さまざまな低抽出可能高性能製品/媒体の特性評価を提供する。本発明において決定されるような製品透過率範囲のユニークな性質を効果的に示すものではない非焼成、直接焼成、及び融剤焼成(それぞれは、製品カテゴリーである)の大雑把な分類に基づく典型的な特性評価とは対照的に、本発明は、製品の透過率に基づくさまざまな製品の特性評価を提供する。各製品カテゴリーの透過率範囲を、以下の表12に示す。
(表12―さまざまな製品カテゴリーの透過率範囲)
【表１６】
2020504003.tif 000019
【０１２１】
本明細書に記載の濾過ケーキ試料の透過率測定を、透過率700ミリダルシーの製品についてはVEL浸透計法(Analitika−EBC 1985年)、又は700ミリダルシー超から14,000ミリダルシーまでの製品については米国特許第5,878,374号に開示されているCelatom浸透計法を用いて行った。
【０１２２】
VEL浸透計法は、圧力計及びセプタムを備えた円筒状のチューブの形態の測定装置を用いる。試験される濾過助剤粉末は、ビーカー内に秤量され、450mlの水道水が、該材料をスラリー形態で懸濁させるよう添加される。Whatman(登録商標)＃4濾紙が、前記装置のセプタム上に配置され、その後、チューブが、漏出がないことを確実とするためにボルトで留められる。ガラス棒を用いて、前記スラリーを、チューブに注ぎ、上部を閉じて、必要とされる空気圧をかけて、メスシリンダーへの液体の流れを引き起こす。液体が濾過されるにつれて、濾過ケーキが濾紙上に形成されるであろう;空気圧が、約1cmの液体がケーキの上に残っているときに遮断される。上部が開けられ、ケーキが乱されないことを確実にして、集められた水がチューブに静かに注ぎ戻される。5分間の待機期間後に、必要とされる設定値で再び圧力がかけられ、一定時間内に得る体積(timed volume)の液体、100〜300mlが集められる。残りの液体をチューブから排出させて、乾燥ケーキを得る。脱水したケーキを取り出し、厚さを測定する。濾液温度も測定し、水の対応する粘度を得る。その後、ミリダルシーでのケーキの透過率(β)を:
【数２】
2020504003.tif 000020
(式中、
V＝200cm3の定数であり;これは、一定時間内に得る液体の体積である;
A＝20.22cm2の定数であり;これは、VELチューブの濾過面積である;
ΔP＝印加された圧力−50kPa又は200kPa(材料が、遅い流速を有するか速い流速を有するかによる)である;
h＝cmでの形成される濾過ケーキの高さである(材料の湿式かさ密度に応じて変化し得る);
η＝mPa・s(ミリパスカル・秒)での水の粘度である)
として計算する。
【０１２３】
以下の表13は、試験される濾過助剤材料の種々の透過率範囲に使用される試験パラメーターを記載する。
(表13−VEL浸透計試験条件)
【表１７】
2020504003.tif 000021
【０１２４】
Celatom浸透計は、既知質量の珪藻岩試料から「濾過ケーキ」を形成し、その後、室温の水道水を試験流体として用いて、透過率及び湿式かさ密度を算出するのに必要とされる全ての必要なパラメーターを測定する自動化機器である。g/mlでの湿式かさ密度(ρ)及びミリダルシーでの透過率(β)を算出するための方程式を、以下に記載する:
【数３】
2020504003.tif 000022
(式中、
A＝ケーキの断面積(cm2)であり、
ΔP＝ケーキの反対側での圧力低下(atm)であり、
t＝流れの時間(s)であり、
m＝乾燥試料質量(g)であり、
η＝濾液粘度(cp)であり、
V＝濾液体積(ml)であり、
h＝ケーキ高さ(cm)である)。
【０１２５】
未加工鉱石と共に天然に存在し得る融剤性不純物を除去するか又は減少させるよう加工されている鉱石からよりも、浮遊選鉱などの鉱物加工技術又は焼成前の酸洗浄のいずれかで選鉱処理されていない鉱石からのほうが、より高い透過率製品を製造することが容易である。選鉱又は酸洗浄プロセスの間にこれらの不純物を除去することは、熱処理でより凝集しにくいキルンフィードを生じさせる。しかしながら、高速製品は、焼成された材料からより微細な粒子を除去することによって、選鉱処理された鉱石から製造することができる。粉鉱画分を分級により除外すること(除去すること)は、分級機械の摩損のためにより密な製品をもたらす傾向がある。本発明の新規の態様の一つは、10,000ミリダルシーに達する高い透過率を有する直接実施の非常に高流速な高透過性製品を作製できることである。
【０１２６】
(バルク化学組成)
珪藻土は、主に珪藻植物の骨格残骸を含有し、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、アルミニウム、及び鉄のようないくつかの少量不純物と一緒に、主にシリカを含む。種々の元素の百分率は、珪藻土鉱床の起源に応じて変化するものである。珪藻土にみられる生物起源シリカは、一般に、変化に富んだ量の水和水を有する種々のオパールと考えられる水和したアモルファスシリカ鉱物の形態にある(Enricoらの文献、1948年)。珪藻土における他の少量シリカ源は、細かく散在する石英、チャート、及び砂からのものであり得る。しかしながら、これらの少量シリカ源は、生物起源の珪藻植物シリカ種の入り組んでおりかつ多孔質の構造を有しない。
【０１２７】
珪藻土鉱石及び製品のバルク化学組成が、大抵の場合、該鉱石から作製された製品の品質に対して重要な影響を有しており、一般に、濾過助剤製品の抽出可能金属の性質に影響を与える。XRF(蛍光X線)分光法が、珪藻土材料のバルク化学組成を決定するために最適な分析方法として広く受け入れられており、それは、材料の元素組成を決定するのに用いられる非破壊分析技術である。XRF分析機器は、特定の元素に特有な1組の特性蛍光X線を生じさせることによって、試料の化学的性質を決定し、これが、XRF分光法が、材料組成物の定性及び定量分析のための優れた技術である理由である。本明細書で報告される珪藻土材料のバルク化学組成の試験において、5gの乾燥粉末化試料が、1gのX線混合粉末結合剤と一緒に、Spex(登録商標)ミル内で細かく製粉され、その後、ペレットへとプレスされる。該ペレットは、珪藻土参照平均を用いて事前に較正されている自動波長分散型(WD)XRF装置に入れられ、バルク化学組成が決定される。シリカ構造内での水和の自然な喪失を考慮するために、全ての実施例についての全ての鉱物含量は、それらそれぞれの高酸化物の強熱減量(LOI)でか又は強熱ベースで報告される。本明細書で使用される、「強熱ベースで」は、シリカ構造内の水和水の影響なしで測定された鉱物酸化含量を意味する。超高純度製品及び他の競合材料の化学的性質の結果を、本明細書において実施例セクションで提供する。
【０１２８】
(オパール及びクリストバライトの定量化)
より高い透過率の直接焼成製品及び融剤焼成製品を生じさせる珪藻土鉱石の熱処理は、製品のオパール質構造を脱水させるという効果と共に、粒子の焼結及び凝集をもたらす。天然未加工の珪藻土中のオパールの最も普通の形態であるオパールAは、熱処理の間にオパール-CT及び/又はオパール-Cへと変化することがあり、さらなる熱又はより高い温度を受ける場合には、クリストバライト鉱物相へと変化することがある。ある条件下では、オパール相は、水和水を全く含有しないシリカの結晶形である石英及びクリストバライトへと変化することがある。珪藻土の入り組んでおりかつ多孔質の構造を、二酸化ケイ素の結晶形を含有する製品中に維持することができるが、そのような製品は、結晶性シリカの形態でいくつかの構造不定の溶融二酸化ケイ素も含有することもあることに留意すべきである。
【０１２９】
珪藻岩製品の試料が、クリストバライト又はオパール-C(及び/又はオパール-CT)を含有するかどうかを決定して、その後、オパール-C(及び/又はオパール-CT)及び/又は結晶性シリカ含量を定量化することは、「LH法」と呼ばれる方法によるいくつかの工程を含む。
【０１３０】
第１に、高温強熱減量(LOI)試験によって試料が水和水を含有するかどうかが決定される。試料(前もって乾燥させたもの)の代表部分(本明細書では、「断片」と称する)を得て、強熱減量試験をこの(第1の)断片に対して行う(すなわち、ASTM C571)。LOIが、＜0.1％である場合には、存在する相は、オパール質ではない。LOIが、＞0.1％である場合には、オパール質の相が存在し得る。
【０１３１】
第2に、バルク粉末X線回折(XRD)を行い、得られる(第1の)回折パターンを詳しく調べる。該試料の別の代表断片(乾燥)が、XRDの前に製粉される。製粉された(第2の)断片は、XRDの前に少なくとも99％マイナス400メッシュ(37um)であるべきである。該製粉された第2の断片の得られた回折パターンを、オパール-C(及び/又はオパール-CT)及びクリストバライトの存在又は非存在に関して解析する。該回折パターンを、他の結晶性シリカ相(例えば、石英及び鱗珪石)の存在又は非存在に関しても分析してもよい。述べたように、オパール-C(及び/又はオパール-CT)の回折パターンは、α-クリストバライトのそれとは以下の点で異なる:第一のピーク(22°)及び第二のピーク(36°)が、より大きな面間隔である(よく整列したクリストバライトでは4.02〜4.04であるのに対して、第一のピークでは4.06〜4.11)、「半値全幅」(FWHM)統計を用いて測定するとオパール-C(及び/又はオパール-CT)ではよりブロードな第一のピークが存在する(通常＞0.35)、オパール-C(及び/又はオパール-CT)は、31.50°及び28.49° 2θに輪郭が明瞭ではないピークを有し、いっそう顕著なアモルファスバックグラウンドを有する。
【０１３２】
回折パターンが、オパール-C(及び/又はオパール-CT)及び/又はクリストバライトが存在するかどうかに関してはっきりしない場合には、LH法により第2のXRD分析を行ってオパール-C(及び/又はオパール-CT)及び/又はクリストバライトが存在するかどうかを決定する。今回は、分析をクリストバライト標準参照物質(NIST 1879a)でスパイクした試料の別の代表する部分に対して行う。該試料の(代表する)第3の断片を得て、その後、クリストバライト標準参照物質(NIST 1879A)でスパイクする。スパイクされた第3の断片内の標準物を共製粉及び分散した後に、XRDを、該(スパイクされた)第3の断片に対して行う。得られる回折パターンを解析する。元の試料(前記第2の断片)が、オパール-C(及び/又はオパール-CT)を含む場合には、第3の断片に添加された該クリストバライトスパイクが、元の回折パターンを顕著に変化させ、31.50°及び28.49° 2θのより目立つピークとともに、追加のピークが22.02°及び36.17° 2θに確認できる。元の試料(前記第2の断片)が、クリストバライトを含む場合には、クリストバライトスパイクの第3の断片への添加は、増加したピーク強度をもたらすのみであり、他の第1の回折パターンからの著しい変化はもたらさない。図5及び図6は、スパイクされた試料の回折パターンを示す。図5は、オパール-C(及び/又はオパール-CT)を含む試料のパターンを示し、図6は、クリストバライトを含む試料のパターンを示す。
【０１３３】
珪藻岩試料のオパール-C(及び/又はオパール-CT)含量を定量化することは、その回折パターンが、ブロードなピークとアモルファスバックグラウンドとの組合せであり、かつ珪藻岩製品が、多くの場合、オパールに加えて他のX線アモルファス相を含有するために複雑となることがある。LH法により、該量の推定が、第1の回折パターンのオパール-Cピークを、それらがクリストバライトであるとして扱い、NIST 1879aなどのクリストバライト標準に対して定量化することによって得られる。本発明者らがXRD法とよぶこのオパール-C(及び/又はオパール-CT)の定量化方法は、通常、オパール-C(及び/又はオパール-CT)含量を過小評価するであろうが、生産品質管理などのいくつかの目的には有効である。あるいは、試料の代表断片を非常に高い温度(例えば、1050℃)で24〜48時間の長い期間、該加熱された部分が完全に脱水されるまで加熱することによって、測定値を得てもよい。このことにより、オパール質の相が完全に脱水され、クリストバライトを形成する(アモルファスバックグラウンド成分を減少させる)。その後、XRD分析を、脱水断片に対して行うと、得られる回折パターン中のクリストバライトを、クリストバライト標準に対して定量化でき、元のオパール-C(及び/又はオパール-CT)含量の推定が得られる。選択された断片を加熱する前に追加の融剤が添加されず、温度が1400℃未満に保たれる限りは、試料断片中に存在する石英が、クリストバライトに変換されることはない。
【０１３４】
クリストバライトが存在するとLH法によって決定された場合、(第1の)回折パターンにみられるクリストバライトを、含量の定量化のためにそのそれぞれの標準(例えば、NIST 1879a)と比べてもよく、内部標準(コランダムなど)及び適用可能な相対強度比を用いて定量化してもよい。オパール-C(又はオパール-CT)及びクリストバライトの双方が存在し、かつオパール-C(又はオパール-CT)の第一のピークが、クリストバライトのそれから区別できないか又はデコンボリューションできない場合において、オパール-C(又はオパール-CT)及びクリストバライトは、1つの相として定量化されて、クリストバライトとして報告される。このように報告されるクリストバライトの量は、試料中の実際の量よりも多いであろう。
【０１３５】
バルク粉末XRD装置及び機器パラメーターは、明示的に決定されないが、良好な分解能及び定量化に十分なカウント数を提供するべきである。EP Minerals社内での分析は、CuKα放射、試料回転、グラファイトモノクロメーター、及びシンチレーション検出器を用いて、MDITM Datascan5ソフトウェアで制御されるSiemens(登録商標)D5000回折計を用いて行なわれる。出力設定は、ステップ幅が0.04°かつステップあたり4秒で、50KV及び36mAであった。JADE(商標) (2010)ソフトウェアを、XRDスキャンの解析のために用いた。試料調製は、ジルコニアバイアル中でのジルコニア粉砕媒体を用いるSPEX(登録商標)製粉を含んでいた。
【０１３６】
超高性能製品及び高純度超高性能製品のXRD結果は、全ての製品が、クリストバライトが存在せず、オパールA及びオパール-C(及び/又はオパール-CT)含量が合わせて98wt％であることを示した。クリストバライトが存在しないとは、0wt％のクリストバライト又は検出不可能な(nd)量を意味する。
【０１３７】
(遠心分離湿潤密度)
珪藻土未加工鉱石又は製品の湿潤密度は、濾過プロセスの間に粒子状物質を捕捉するのに利用可能な空隙容量の尺度である。湿潤密度は、多くの場合、珪藻岩濾過媒体の単位消費量と相関している。言い換えれば、低い遠心分離湿潤密度を有する珪藻岩濾過媒体は、多くの場合、濾過操作において低い珪藻岩製品の単位消費量を提供する。
【０１３８】
いくつかの方法が、珪藻岩濾過媒体製品の湿潤密度の特性を表わすのに用いられてきた。本発明で用いられる方法は、遠心分離湿潤密度(CWD)である。この試験法は、米国特許第6,464,770号(Palmらの文献(2002))におけるものなどの特許の従来技術で頻繁に用いられている。本試験法において、先ず、10mlの脱イオン水が、15mlの目盛り付き遠心ガラスチューブに加えられ、1gの乾燥粉末サンプルが、チューブに入れられる。該試料を、ボルテックスジェニー2振盪機(vortex-genie 2 shaker)を用いて、水に完全に分散させる。その後、数ミリリットルの脱イオン水を用いて該チューブの側面をすすいで、全ての粒子が懸濁液中にあることを確実なものとし、内容量を15ミリリットルのマークに合わせる。チューブを、2680rpmで5分間遠心分離し、目盛り付きマークで読み上げることによって、沈降した固体の体積を書き留める。遠心分離湿潤密度は、体積で除された試料の重量としてg/mlで決定される。62.428の変換ファクターを適用して、lb/ft3での遠心分離湿潤密度を得る。
【０１３９】
(シリカ比容)
シリカ比容は、以下のように計算される:
【数４】
2020504003.tif 000023
(式中、
シリカ含量分率＝100で除した珪藻岩中の百分率でのSiO2含量
遠心分離湿潤密度＝固体1ミリリットルあたりのグラム(g/ml))
【０１４０】
前記方程式から、高いシリカ含量及び低い遠心分離湿潤密度を有する製品が、高いシリカ比容をもたらすであろうことは明らかである。
【０１４１】
(抽出可能金属ファクター(EMF)及び抽出可能金属試験法)
上で言及したように、多くの用途において、珪藻岩濾過媒体が、低レベルの抽出可能不純物を有することが好ましい。これは、抽出可能物が、濾過助剤材料から液体製品内へと移動することができる化合物であるためである。
【０１４２】
珪藻土製品中の主要なバルク不純物は、アルミニウム、鉄、及びカルシウムであり、これらはまた、濾過助剤が流体と接触する場合に、主要な抽出可能金属を形成する。金属の抽出可能物への寄与を定量化するためには、流体中のこれらの金属の総量を決定することが賢明であり、それは、抽出可能金属ファクター(EMF):
【数５】
2020504003.tif 000024
(式中、Al、Fe、Caは、欧州醸造大会(the European Brewery Convention)(EBC)試験方法を用いる、珪藻土製品1kgあたりのmgでの可溶性金属である)
によって表される。
【０１４３】
言い換えれば、EMFは、抽出可能鉄の測定に関して欧州醸造大会(EBC)によって特定された条件下での、標準質量の製品/媒体に含有される抽出可能なアルミニウム、鉄、及びカルシウムの和の測定値である。この関係は、純度の観点でより高品質の濾過助剤製品が、より低い抽出可能金属インデックスを有するであろうことを示す。
【０１４４】
消費調整抽出可能金属ファクター(CA-EMF)は、典型的な(又は標準的な)DE濾過助剤(又は媒体)の遠心分離湿潤密度で除して、濾過助剤(FA)(又は媒体)の抽出可能金属ファクターを乗じた、濾過助剤(又は媒体)の遠心分離湿潤密度である。例えば、本開示のより低い密度の製品の消費調整抽出可能金属ファクターは:
【数６】
2020504003.tif 000025
として与えられる。標準的なDE濾過助剤のCWDは、21lb/ft3(又は0.336g/ml)であると考えられた。
【０１４５】
より厳密でない試験法からの結果が、抽出可能物の実際のレベル及び程度を過少表示し得ること、及びより厳密な方法の使用が、濾過助剤の品質を決定する最も好ましい方法であることを認識することは重要である。本発明において試料の分析に採用されるEBC法は、酢酸ナトリウムバッファーなどの関連性のあるモデル溶媒システムを利用する、調製された抽出試験と比べてより厳密な試験に相当する。EBC抽出試験法はまた、ビールを抽出剤として用いる米国醸造化学者学会(ASBC)抽出試験法よりも厳密である。
【０１４６】
欧州醸造大会(the European Brewery Convention)(EBC)は、濾液へのフィルター媒体の可溶性金属の寄与を決定する試験法を含む、容認される試験法の大要を確立している。EBC可溶性金属試験は、試験される媒体/製品の代表試料(2.5％スラリー濃度)を、フタル酸水素カリウムの1％溶液(pH4)中に周囲温度で2時間懸濁させること、該懸濁液をろ過すること、及びその後誘導結合プラズマ(ICP)分光光度計又はグラファイト炉原子吸光(GFAA)を用いて、試料溶液の濾液を、鉄(Fe)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、及びヒ素(As)含量について分析することを含む。ICPを用いるか又はGFAAを用いるかの選択は、測定される元素の検出限界(LD)に基づく。この分析に用いたICP機器は、原子発光分光分析(AES)型のものであった。それは、特定の波長で火炎から発せられる光の強度を用いて、試料中の元素の量を決定する。原子スペクトル線の波長は、元素が何であるかを示し、一方、発せられる光の強度は、該元素の原子の数に比例する。試料検体は、スプレーされた溶液として火炎中に導入される。火炎からの熱が、溶媒を蒸発させ、化学結合を壊して、自由原子を生じさせる。該熱エネルギーはまた、該原子を励起し、その後原子は光を発する。各元素は、固有波長で光を発し、それは、格子又はプリズムで分散され、分光計で検出される。
【０１４７】
電熱原子化(ETA)としても知られるGFAAは、原子吸光測定の感度及び検出限界を向上させるための技術である。この試験においては、試料溶液の少量の濾液が、中空のグラファイトチューブ内に入れられる。これが、温度プログラムで抵抗加熱され、不純物が焼き払われ、検体が原子化され自由金属蒸気のプルームを形成し、最後に、チューブがきれいにされる。自由原子は、対象となる元素に特徴的な振動数又は波長で光を吸収するであろう(従って、名称が原子吸光分光分析である)。ある範囲内であれば、吸収される光の量を、存在する検体の濃度に線形的に相関させることができる。
【０１４８】
ビール中での珪藻土製品由来の可溶性金属の決定のための信頼できる試験方法が、該産業で確立されている(アメリカ醸造化学者学会(American Society of Brewing Chemist)、1987年)。グラファイト炉原子吸光(GFAA)分光法は、本発明において、ビール中の可溶性鉄、アルミニウム、及びカルシウムの濃度の最終決定に用いられた。該試験においては、2.5gの乾燥製品を、室温で、250ml三角フラスコ中の100mlの二酸化炭素を除去したBUDWEISER(登録商標)ビールに加え、ぐるぐるかき混ぜることで懸濁させた。該フラスコを、再び、経過時間が1、2、3、4、及び5分の時にぐるぐるかき混ぜた。最後に、該フラッシュ(flash)を、再び、5分50秒でぐるぐるかき混ぜ、全内容物を、濾紙を取り付けた漏斗に直ちに移した。初めの30秒間に集められた濾液は廃棄し、その後、試験濾液試料を、次の2分30秒の間に、抽出ための総経過時間9分間で集めた。
【０１４９】
1組の鉄、アルミニウム、及びカルシウム標準を調製し、二酸化炭素を除去したビール中にビールをブランクとして用いて、該標準を用いて分光計を較正した。その後、試料濾液を分析して溶液中の抽出可能金属の濃度を決定した。その後、ビール中の金属の濃度を:
ビール可溶性金属(ppm)＝(ICP又はGFAAで得た金属(ppm))×希釈係数×40
として計算した。
【０１５０】
本発明の超高純度製品/媒体の全ての異なる製品からの結果は、鉄、アルミニウム、及びカルシウムのそれぞれについて、該試験の検出限界未満である0.1ppm(又は0.1mg/kg)未満の濃度を与えた。
【０１５１】
(光学的性質)
前記粉末の光学的性質は、国際照明委員会(the Commission Internationale de I’Eclairage)(CIE)によって規定された色空間を用いて、L*a*b*色空間として特性評価した。L*座標は、白色度を表し、反射光強度の尺度(0〜100)であり、a*座標は、緑色(負の値)と赤色(正の値)との間の色の変量を示す値を表し、一方で、b*座標は、青色(負の値)と黄色(正の値)との間の色の変量を示す値を表す。Konica Minolta(登録商標)色彩計(Chroma-meter) CR-400を用いて、本明細書に記載の試料の光学的性質を測定した。
【０１５２】
乾燥した代表試料(約2g又は前記計器の測定端を覆うのに十分な量)をとり、乳鉢及び乳棒を用いてすり砕いた。生じたすり砕いた粉末を、白色の紙の上に広げ、平らな表面で押して、詰まった滑らかな粉末表面を形成した。前記色彩計を、粉末に押し当て、読み取り値を書き留めた。さまざまな超高純度高性能製品についての該光学的試験の結果を、後に続く製品実施例に示す。
【実施例】
【０１５３】
(実施例)
85ミリダルシー〜14,000ミリダルシーの透過率をカバーする個々の製品を示す、本開示の超高性能珪藻岩製品/媒体のさまざまな製品例を、以下に示す。これらの例は、限定としてではなく、例示として提供されるものである。
【０１５４】
(超高性能珪藻岩製品/媒体(非酸洗浄バージョン)を調製する方法)
未加工鉱石を、乾燥させ、80メッシュサイズを通過するようハンマーで製粉した。その後、本プロセス用のフィードを調製するための鉱石として受け入れるために、前記80メッシュを通過する粉末の試料の遠心分離湿潤密度試験を行い、密度が、0.144g/ml(9.0lb/ft3)〜0.240g/ml(15lb/ft3)の範囲であったかどうかを決定した。遠心分離湿潤密度試験を実施するための標準的な操作手順は、本開示の「超高性能珪藻岩濾過製品/媒体及び高純度超高性能珪藻岩濾過製品/媒体を特性評価する方法」セクションで本明細書に記載される。本開示において超高性能製品/媒体(非酸洗浄バージョン)を調製するのに用いたフィード材料の遠心分離湿潤密度は、0.176g/ml(11.0lb/ft3)であった。その後、製粉された材料を、機械式空気分級器を用いて分級して、石英、チャート、及び砂などの重質鉱物不純物を分離した。分離機からの製品/媒体を、ソーダ灰と徹底的に混合させ、その後、霧状とした水で湿らせて、焼成フィードのゆるい重量密度を減少させた(湿式キルンフィード流動化)。該材料を、マッフル炉内で所与の温度で焼成し、製品/媒体を冷却し、Tylerメッシュふるいを通して分散させた。さまざまな製品/媒体の焼成のプロセス条件を、以下の表14に示す。
(表14  例示的な85ミリダルシー〜14,000ミリダルシー(非酸洗浄)製品/媒体を調製するためのプロセス条件)
【表１８】
2020504003.tif 000026
【０１５５】
(実施例1)
(例示的な超高性能(非酸洗浄)製品/媒体)
0.75％のソーダ灰をフィードに添加し、超高濾過性能製品/媒体を得るために1093℃で焼成して得た例示的な製品の性質を、表15に示す。製品実施例の双方の約0.172g/ml(10.7lb/ft3)の遠心分離湿潤密度は、約89ミリダルシー〜約143ミリダルシーの透過率を有するこれらの低速製品/媒体としては非常に低い。より低い密度は、同じくそのような製品/媒体としては非常に低い、低い消費調整ビール可溶性鉄及び抽出可能金属ファクターを提供する。また、高いシリカ比容は、これらの製品/媒体としては例外的である。
(表15:本発明の例示的な製品/媒体)
【表１９】
2020504003.tif 000027
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整ビール可溶性鉄(ASBC試験法)
【０１５６】
(実施例2)
(例示的な超高性能(非酸洗浄)製品/媒体)
表16は、1.5％及び3.0％のソーダ灰で、1150℃の本発明の焼成温度で調製された、271ミリダルシー及び481ミリダルシーの透過率を有する超高性能製品/媒体(非酸洗浄)の2つの例の性質を示す。わずか0.152g/ml(9.5lb/ft3)の最大遠心分離湿潤密度は、この製品カテゴリーの従来技術のいかなる製品及びいかなる市販製品のそれよりも低い。約6のシリカ比容は、これらの製品/媒体としては並外れて高い。わずか5ppm及び12ppmの消費調整ビール可溶性鉄は、これらの非精製珪藻岩製品/媒体としては非常に低い。類似の低い抽出可能金属ファクターが、該2つの製品実施例で示された。
(表16:本発明の例示的な製品媒体)
【表２０】
2020504003.tif 000028
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整ビール可溶性鉄(ASBC試験法)
【０１５７】
(実施例3)
(例示的な超高性能(非酸洗浄)製品/媒体)
本開示の2つの例示的な製品/媒体の物理的性質及び化学的性質を、表17に示す。約0.176g/ml(11.0lb/ft3)の平均遠心分離湿潤密度は、これらの(非酸洗浄)製品/媒体としては最も低い。10ppm及びそれより低いビール可溶性鉄は、これらの製品/媒体としては非常に低い。低いL*値及び高いb*値は、これらの高い透過率製品/媒体中のクリストバライトの非存在を示す。
(表17:例示的な本発明の超高性能(非酸洗浄)製品/媒体)
【表２１】
2020504003.tif 000029
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整ビール可溶性鉄(ASBC試験法)
【０１５８】
(実施例4)
(例示的な超高性能(非酸洗浄)製品/媒体)
4.0wt％及び6.0wt％のソーダ灰を製品の調製で用いた本開示の2つの例示的な製品/媒体の物理的性質及び化学的性質を、表18に示す。該2つの製品実施例の遠心分離湿潤密度は、0.172g/ml(11.0lb/ft3)未満であり、結果として高いシリカ比容となっている。この低い密度は、10ppm未満の消費調整ビール可溶性鉄及び100未満の消費調整抽出可能金属ファクターを提供する。色の値もまた、これらの融剤焼成製品/媒体がクリストバライトを含まないことを示す。
(表18:例示的な本発明の超高性能(非酸洗浄)製品/媒体)
【表２２】
2020504003.tif 000030
1遠心分離湿潤密度(CWD)
2シリカ比容(SSV)
3消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
4消費調整ビール可溶性鉄(ASBC試験法)
【０１５９】
(実施例5)
(例示的な超高性能(非酸洗浄)製品/媒体)
いくつかの例示的な(非酸洗浄)製品/媒体の性質を、以下の表19に示す。これらの製品/媒体は、6.0wt％及び7.0wt％のソーダ灰を用いて、1150℃の温度で焼成して調製され、4243ミリダルシー及び5694ミリダルシーの製品透過率がもたらされた。製品例の遠心分離湿潤密度は、これらの製品/媒体としては非常に低いものであった。約0.166g/ml(10.4lb/ft3)の平均遠心分離湿潤密度は、非常に高いシリカ比容を提供する。抽出可能金属ファクターは、製品実施例の双方について100未満であった。
(表19:例示的な本発明の(非酸洗浄)製品/媒体)
【表２３】
2020504003.tif 000031
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整ビール可溶性鉄(ASBC試験法)
【０１６０】
(実施例6)
(例示的な超高性能(非酸洗浄)製品/媒体)
いくつかの例示的な超高性能(非酸洗浄)珪藻岩製品/媒体の性質を、以下の表20に示す。7141ミリダルシー及び9345ミリダルシーの例示的な製品/媒体を、7wt％及び8wt％のソーダ灰を用いて直接実施プロセスによって製造した。これらの製品/媒体は、0.160g/ml(10lb/ft3)未満の非常に低い遠心分離湿潤密度を有する。これらの製品/媒体のシリカ比容は、約5.7であり、これは、並外れて高い。
(表20:例示的な本発明の(非酸洗浄)製品/媒体)
【表２４】
2020504003.tif 000032
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整ビール可溶性鉄(ASBC試験法)
【０１６１】
(実施例7)
(例示的な超高性能(非酸洗浄)製品/媒体)
表21は、遠心分離湿潤密度が約0.160g/ml(10.0lb/ft3)である例示的な超高性能(非酸洗浄)珪藻岩製品/媒体の性質を示す。本開示の製品/媒体のうちでこれらでのみ、焼成製品から目標透過率を達成するのに粉鉱が分級された。
(表21:例示的な(非酸洗浄)製品/媒体)
【表２５】
2020504003.tif 000033
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整ビール可溶性鉄(ASBC試験法)
【０１６２】
(本発明の高純度超高性能珪藻岩製品/媒体を調製する方法)
超高性能(非酸洗浄)製品/媒体を出発フィード材料として用いて、本発明の高純度超高性能製品/媒体の例を調製した。該フィード材料のスラリーを調製し、ガラス反応器内で硫酸を用いて以下の表22に示すプロセス条件下で浸出した。
(表22  (非酸洗浄)製品を加圧浸出して高純度製品/媒体を製造するためのプロセス条件)
【表２６】
2020504003.tif 000034
【０１６３】
製品/媒体はまた、任意に、高い温度及び圧力で浸出してもよい。浸出単位操作の最後に、スラリーを脱水し、圧力フィルターを用いて脱イオン水で徹底的にすすいで、乾燥製品/媒体の10wt％スラリーの導電率が、20μS/cm未満であることを確実なものとする。ケーキを、乾燥させ分散させて、超高性能珪藻岩製品/媒体用の高純度製品/媒体を得た。
【０１６４】
(実施例8)
(例示的な本発明の高純度超高性能製品/媒体)
表23は、例示的な本開示の低透過率高純度超高性能製品/媒体の性質を示す。これらの例示的な製品/媒体は、ASBC試験法によって決定されるビール可溶性鉄の検出不可能なレベルを特徴とする。これらはまた、6以下の低い消費調整抽出可能金属ファクターを有する。遠心分離湿潤密度は非常に低く、非常に高いシリカ比容を提供する。
(表23  例示的な高純度超高性能製品/媒体の性質)
【表２７】
2020504003.tif 000035
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
6「nd」:検出不可能
【０１６５】
(実施例9)
(例示的な本発明の高純度超高性能製品/媒体)
例示的な高純度超高性能製品/媒体の性質を、表24に示す。これらの約240ミリダルシー及び350ミリダルシーの範囲の透過率を有する例示的な製品/媒体は、従来技術と比較して非常に低い遠心分離湿潤密度及び並外れて高いシリカ比容を有する。これらはまた、非常に低い消費調整抽出可能金属ファクター及び検出不可能なビール可溶性鉄を有する。
(表24)
(例示的な高純度超高性能製品/媒体の性質)
【表２８】
2020504003.tif 000036
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
6「nd」:検出不可能な
【０１６６】
(実施例10)
(例示的な本発明の高純度超高性能製品/媒体)
975ミリダルシー及び1201ミリダルシーの透過率範囲の例示的な高純度超高性能製品/媒体の特徴を、以下の表25に示す。これらの例示的な製品/媒体は、結果として生じる非常に低い消費調整抽出可能金属ファクター及び検出不可能なビール可溶性鉄とともに、非常に低い抽出可能金属を示す。例示的な製品/媒体はまた、高いシリカ比容を有する。これらはまた、従来技術では劣ったバルク化学組成とみなされるであろうものを、特にアルミナ及び酸化鉄含量に関して有する。
(表25)
(例示的な高純度超高性能製品/媒体の性質)
【表２９】
2020504003.tif 000037
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
6「nd」:検出不可能
【０１６７】
(実施例11)
(例示的な本発明の高純度超高性能製品/媒体)
それぞれ3245ミリダルシー及び3998ミリダルシーの透過率を有する例示的な製品/媒体は、他の透過率範囲の例示的な製品に類似する魅力的な性質を有するとともに、従来技術の製品よりもいくつかの点で優れている。
(表26)
(例示的な高純度超高性能製品/媒体の性質)
【表３０】
2020504003.tif 000038
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
6「nd」:検出不可能
(実施例12)
約4104ミリダルシー〜約12,179ミリダルシーの範囲の透過率を有する例示的な高純度超高性能製品/媒体を、表27、表28、及び表29に示す。
(表27)
(例示的な高純度超高性能製品/媒体の性質)
【表３１】
2020504003.tif 000039
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
6「nd」:検出不可能
(実施例13)
(例示的な高純度超高性能製品/媒体)
(表28)
(例示的な高純度超高性能製品/媒体の性質)
【表３２】
2020504003.tif 000040
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
6「nd」:検出不可能
(実施例14)
(表29  例示的な高純度超高性能製品/媒体の性質)
【表３３】
2020504003.tif 000041
1製品の透過率−ミリダルシー
2遠心分離湿潤密度(CWD)
3シリカ比容(SSV)
4抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
5消費調整抽出可能金属ファクター(EBC試験法)
6「nd」:検出不可能
【０１６８】
(引例)
本発明が属する技術の水準をより完全に説明するために、以下に引用する刊行物、特許、及び公表された特許明細書の開示が、その全体として引用により本開示に組み込まれる。
【化１】
2020504003.tif 000042
2020504003.tif 000043
【図１】
2020504003.tif 000044
【図２】
2020504003.tif 000045
【図３】
2020504003.tif 000046
【図４】
2020504003.tif 000047
【図５】
2020504003.tif 000048
【図６】
2020504003.tif 000049
【図７Ａ】
2020504003.tif 000050
【図７Ｂ】
2020504003.tif 000051
【国際調査報告】
2020504003.tif 000052