СПОСОБ КЛАССИФИКАЦИИ МИНЕРАЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА В ПРИСУТСТВИИ ДОБАВОК, СОДЕРЖАЩИХ ГЛИЦЕРИН, И ПОЛУЧЕННЫЕ ПРОДУКТЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
METHOD OF CLASSIFYING MINERAL SUBSTANCE IN PRESENCE OF GLYCEROL-CONTAINING ADDITIVES, OBTAINED PRODUCTS AND THEIR APPLICATION

Промышленность минеральных ископаемых является крупным потребителем химикатов. Они используются на различных этапах превращения, модификации и обработки, которым подвергается минеральное вещество. Одним из этих этапов является этап классификации минерального вещества в соответствии с размером частиц, который отчасти зависит от степени дисперсии минерального вещества в газообразной среде, и конкретным примером такого вещества служит природный карбонат кальция из-за его многочисленных применений.
Специалист в этой области, отвечающий за проведение этапа классификации минерального вещества в воздушном классификаторе, сознает, что неэффективная классификация существенно снижает производительность всего способа. Следует отметить, что когда классифицируемые частицы являются очень мелкими, порядка одного микрона, они склонны к соединению в гидрофобной среде, которую представляет собой воздух, образуя таким образом агломераты. Имеется риск, что такие агломераты могут быть классифицированы вместе с частицами, размеры которых эквивалентны размерам агломерата, а не с частицами, размеры которых эквивалентны первичным частицам, образующим агломерат. Специалисты в этой области поэтому продолжают поиски добавок, которые могли бы повысить эффективность классификации, главным образом за счет предотвращения явления агломерации, но позволяют использовать классифицированный продукт в различных средах, таких, например, как гидрофильные среды.
В патенте США 6139960 дается ссылка на способ получения зольной пыли, включающий в себя этап классификации в воздушном классификаторе, где очень мелкие частицы зольной пыли со средним диаметром от 0,1 до 5 микронов могут быть предварительно обработаны силаном, стеаратом, алюминатом, титанатом или цирконатом.
В связи с тем, что такие добавки сообщают гидрофобные свойства, они не представляют собой решение для специалиста в этой области, который ищет добавку, позволяющую после этапа классификации применить классифицированный материал в водной среде.
Кроме того, в диссертации, озаглавленной «Dispergierung von feinem Partikelfraktionen in Gasstromungen-Einfluss von Dispergierbeanspruchungen und uberflachenmodifizierenden Zusatzen” by Sabine Niedballa (1999, Fakultat fur Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik der Technischen Universitat Bergakademie Freiberg), сообщается, что в случае если первичные частицы имеют диаметр меньше одного микрона, добавки типа жирных кислот не влияют на степень дисперсии очень мелких частиц карбоната кальция в воздухе.
Столкнувшись с проблемой, заявитель неожиданно смог установить способ классификации минерального вещества, который удовлетворяет различным требованиям специалиста в этой области, т.е. повышает эффективность воздушной классификации, или который устанавливает удельную энергию классификации, которая будет меньшей в сравнении с удельной энергией воздушной классификации без добавок, но при этом дает классифицированное минеральное вещество, совместимое с применением в водной среде.
Этот способ состоит из классификации минерального вещества, отличающийся тем, что указанный способ реализует следующие этапы:
а) подачу по меньшей мере одного минерального вещества, включающего в себя доломит, или тальк, или диоксид титана, или оксид алюминия, или каолин, или карбонат кальция, или их смеси;
b) подачу по меньшей мере одной добавки, способствующей классификации и включающей в себя глицерин и/или по меньшей мере один полиглицерин в водной или чистой форме;
с) приведение в контакт однократно или несколько раз минерального вещества с этапа а) со способствующей классификации добавкой с этапа b) в одном или большем числе этапов сухого размалывания и/или сухого смешивания;
d) проведение по меньшей мере одного этапа сухой классификации минерального вещества, полученного на этапе с) в газообразной среде, чтобы получить по меньшей мере две фракции частиц с различными средними размерами частиц;
е) возможное повторение этапов с) и/или d) со всем классифицированным минеральным веществом, полученным на этапе d) или c частью этого классифицированного вещества.
Термин «удельная энергия классификации» означает все количество энергии, выраженной в кВт/час, требующееся для классификации одной тонны сухого карбоната кальция.
Глицерин известен как добавка, применяемая при классификации, как раскрывается в диссертации под названием «Понимание физико-химических механизмов, возникающих во время размалывания карбоната кальция в присутствии размалывающего агента» (by Mathieu Skrzypczak из Ecole Centrale de Lyon, 2009). Как было продемонстрировано в нижеприведенных примерах, оказалось, что размалывающие агенты, обычно используемые в горно-добывающей промышленности, такие как полиэтиленгликоль (ПЭГ), приводят к неэффективной классификации. Кроме того, в этой диссертации указано, что сухое размалывание очень мелких частиц с размерами от 0 до 10 мкм в присутствии глицерина не является эффективным (согласно фиг.IV-4), что также позволяет специалисту в этой области предположить, что имеется незначительное взаимодействие между глицерином и очень мелкими частицами. Поэтому ничто не приводит специалиста в этой области, отвечающего за подбор средства, способствующего классификации, к поиску решения среди агентов, способствующих размалыванию, и особенно среди агентов, которые не способствуют эффективному размалыванию.
Первой целью настоящего изобретения является способ классификации минерального вещества, отличающийся тем, что указанный способ осуществляет следующие этапы:
а) подачу по меньшей мере одного минерального вещества, включающего в себя доломит, или тальк, или диоксид титана, или оксид алюминия, или каолин, или карбонат кальция, или их смеси;
b) подачу по меньшей мере одной добавки, способствующей классификации,
(i) состоящей из глицерина в водной или чистой форме, или
(ii) состоящей из глицерина с одним или больше следующих агентов: этиленгликоль, монопропиленгликоль, триэтиленгликоль, неорганическая кислота, или соль неорганической кислоты, муравьиная или лимонная кислота или соль муравьиной или лимонной кислоты, органическая поликислота или соль органической поликислоты, алканоламин, полиэтиленимин, полимер алкиленгликоля с молекулярной массой от 200 до 20000 г/моль, предпочтительно от 600 до 6000 г/моль, углевод, имеющий среднеквадратичное значение радиуса вращения, равное модальному радиусу минерального вещества, один или больше полиглицеринов, где указанный агент или агенты находятся в водной или чистой форме, или
(iii) включающей в себя один или больше полиглицеринов при отсутствии глицерина;
с) приведение в контакт один раз или несколько раз минерального вещества с этапа а) со способствующей классификации добавкой с этапа b) в одном или больше этапов сухого размалывания и/или сухого смешивания;
d) проведение по меньшей мере одного этапа классификации минерального вещества, полученного на этапе с), в газообразной среде, чтобы получить по меньшей мере две фракции частиц с различными средними размерами частиц;
е) возможное повторение этапов с) и/или d) для всего классифицированного минерального вещества, полученного на этапе d) или части этого классифицированного минерального вещества.
В предпочтительном варианте данный способ отличается тем, что в нем средние размеры частиц указанных фракций частиц, полученных на этапе d), отличаются по меньшей мере на 0,1 мкм одна от другой.
В другом предпочтительном варианте этот способ отличается тем, что при получении фракций на этапе d) средние размеры частиц указанных фракций имеют отношение от 1:1,05 до 1:150 и предпочтительно от 1:1,1 до 1:1,15.
Этот способ может реализовываться в виде 6 вариантов в соответствии с формой и природой добавки:
- первый вариант: глицерин в чистой форме
- второй вариант: глицерин в виде водной композиции
- третий вариант: глицерин в соединении по меньшей мере с одним из соединений, указанных в пункте (ii), в водной или чистой форме
- четвертый вариант: по меньшей мере один полиглицерин
- пятый вариант: по меньшей мере один полиглицерин в чистой форме
- шестой вариант: по меньшей мере один полиглицерин в в виде водной композиции.
Согласно данному первому варианту указанная добавка состоит из глицерина в чистой форме.
Во втором варианте указанная добавка состоит из воды и глицерина. Согласно этому второму варианту, когда указанная добавка состоит из воды и глицерина, она содержит предпочтительно от 25 до 95%, более предпочтительно от 45 до 90% и очень предпочтительно от 75 до 85% массовых глицерина относительно его всей массы, при этом остаток состоит из воды.
В третьем варианте указанная добавка состоит из глицерина с одним или больше следующих агентов: этиленгликоль, монопропиленгликоль, триэтиленгликоль, неорганическая кислота или соль неорганической кислоты, муравьиная или лимонная кислота или соль муравьиной или лимонной кислоты, органическая поликислота или соль органической поликислоты, алканоламин, полиэтиленимин, полимер алкиленгликоля с молекулярной массой от 200 до 20000 г/моль, предпочтительно от 600 до 6000 г/моль, углевод, имеющий среднеквадратичное значение радиуса вращения, равное модальному радиусу минерального пещества или меньше его, один или больше полиглицеринов, где указанный агент или агенты находятся в водной или чистой форме.
Согласно данному третьему варианту указанная неорганическая кислота является фосфорной кислотой.
Согласно данному третьему варианту указанной неорганической кислотой является предпочтительно соль моно-, двух- или трехосновной кислоты и предпочтительно соль катиона из группы I или II Периодической таблицы элементов.
Согласно данному третьему варианту указанной солью муравьиной или лимонной кислоты является предпочтительно моно-, двух- или трехосновная соль и более предпочтительно соль катиона из группы I или II Периодической таблицы элементов.
2
n
Согласно данному третьему варианту указанная органическая поликислота предпочтительно имеет формулу СООН-(СН)-СООН, в которой n является целым числом, имеющим величину от 0 до 7 включительно, или является полимерной органической кислотой из одного или больше следующих мономеров в кислотной форме, частично или полностью нейтрализованных одним или больше катионами из группы I или II Периодической таблицы элементов: акриловой, метакриловой, малеиновой или итаконовой кислоты, и предпочтительно щавелевой кислоты, пимелиновой кислоты или адипиновой кислоты.
Согласно этому третьему варианту указанный алканоламин выбирается среди 2-амин-2-метил-1-пропанола, 2-амин-2-этил-1,3-пропандиола, три-этаноламина, N-бутилдиэтаноламина и три-изопропаноламина, либо нейтрализованного, либо не нейтрализованного, и более предпочтительно выбирается из их форм, которые нейтрализуются посредством соли муравьиной или лимонной кислоты, или соли органической поликислоты согласно п.10.
Согласно данному третьему варианту указанный полимер алкиленгликоля является предпочтительно полиэтиленгликолем, полипропиленгликолем или сополимером этилен и пропиленгликоля, случайным или блочным.
Согласно данному третьему варианту указанным углеводом, имеющим среднеквадратичное значение радиуса вращения указанного углевода, равное модальному радиусу минерального вещества или меньше этого радиуса, является предпочтительно глюкоза, фруктоза, сахароза, крахмал или целлюлоза и более предпочтительно сукроза.
Согласно данному третьему варианту, полиглицерин или полиглицерины предпочтительно выбираются среди диглицерина, триглицерина, тетраглицерина, пентаглицерина, гексаглицерина, гептаглицерина, октаглицерина, нонаглицерина и декаглицерина и их смесей и более предпочтительно из ди- и триглицерина.
Согласно данному третьему варианту указанная добавка предпочтительно содержит от 20 до 95% массовых глицерина, от 1 до 50% массовых указанного агента и от 0 до 65% массовых воды, более предпочтительно от 30 до 90% массовых глицерина, от 10 до 45% массовых указанного агента и от 0 до 60% массовых воды, и очень предпочтительно от 35 до 75% массовых глицерина, от 30 до 40% массовых указанного агента и от 5 до 50% массовых воды, относительно их общей массы, где сумма массовых процентов глицерина, указанного агента и воды в каждом случае равна 100%.
В четвертом варианте указанная добавка включает в себя один или больше полиглицеринов при отсутствии глицерина.
Этот полиглицерин или эти полиглицерины предпочтительно выбираются из числа диглицерина, триглицерина, тетраглицерина, пентаглицерина, гексаглицерина, гептаглицерина, октаглицерина, нонаглицерина и декаглицерина и их смесей и более предпочтительно из диглицерина и триглицерина.
В пятом варианте указанная добавка состоит из одного или больше полиглицеринов в чистой форме.
В шестом варианте указанная добавка состоит из воды и одного или больше полиглицеринов. Согласно шестому варианту указанная добавка предпочтительно содержит от 25 до 95%, более предпочтительно от 45 до 90% и очень предпочтительно от 75 до 85% массовых полиглицеринов относительно их общей массы, а остаток состоит из воды.
В способе по изобретению предпочтительно использовать от 100 до 5000 ч./млн (частей на миллион, ч./млн), более предпочтительно от 500 до 3000 ч./млн глицерина или полиглицерина относительно сухой массы указанного минерального вещества.
2
2
В другом варианте способа по изобретению предпочтительно использовать от 0,1 до 1 мг и более предпочтительно от 0,2 до 0,6 мг от всего сухого эквивалента указанного глицерина или указанного полиглицерина и каждого возможного агента на каждый 1 м минерального вещества, где под общим сухим эквивалентом понимают общий сухой вес активного продукта (агента) (в мг), который должен быть использован на 1 м поверхности минерального вещества.
Указанное минеральное вещество, используемое в способе по изобретению, предпочтительно имеет средний диаметр частиц, измеряемый Седиграфом™ 5100, от 0,5 до 500 мкм, более предпочтительно от 1 до 45 мкм и еще более предпочтительно от 1 до 10 мкм, у подачи воздушного классификатора на этапе d).
Указанное минеральное вещество, используемое в способе по изобретению, предпочтительно имеет массовые проценты частиц с диаметром меньше 2 мкм, измеренным Седиграфом™ 5100, от 5 до 90% и более предпочтительно от 10 до 60%, у подачи воздушного классификатора на этапе d).
Указанное минеральное вещество этапа а) является предпочтительно карбонатом кальция и более предпочтительно природным карбонатом кальция.
Указанная воздушная классификация этапа d) способа по изобретению является предпочтительно классификацией с использованием сита и/или циклонного устройства.
Этап d) может включать в себя по меньшей мере два этапа классификации, проводимые последовательно или параллельно, и предпочтительно включает в себя от трех до десяти этапов классификации.
Способ по изобретению является предпочтительно непрерывным способом.
Изобретение также относится к продукту, полученному способом по изобретению. Такой продукт может преимущественно использоваться в производстве красок, пластиков, продуктов питания, предназначенных для потребления людьми или животными, в фармацевтической промышленности, при получении бумажной пульпы или при нанесении покрытий на бумагу.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Этот пример касается воздушной классификации природного карбоната кальция, которым является Каррарский мрамор. Добавка, описанная в таблице 2, используется в предшествующем этапе размола.
Распределение частиц по размерам исходного карбоната кальция, подаваемого в размалывающий аппарат, и полученных предварительным размалыванием в молотковой мельнице, приведено в таблице 1.
<b>Таблица 1</b>
<b>Диаметр частиц (мм)</b>
<b>массовые % </b>
4-2,5
7,25
2,5-1,6
9,73
1,6-0,8
11,44
0,8-0,5
5,57
0,5-0,2
23,73
0,2-0,1
23,18
<0,1
19,1
3
TM
Каррарский мрамор подавался в шаровую мельницу емкостью 5,7 ми использующую 8 тонн железных размалывающих шаров Cylpeb в форме цилиндров, имеющих средний диаметр 16 мм, с целью получения размолотого материала:
- имеющего срединный диаметр частиц, меньший или равный 1,8 мкм,
- имеющего 55% массовых частиц с диаметром, меньшим или равным 2 мкм.
Сухое размалывание проводится непрерывно.
TM
3
Когда размолотый материал выходит из размалывающей камеры, он переносится в классификатор типа SELEX6S. Его скорость вращения и скорость воздушного потока задаются соответственно в 5200 об./мин и 6000 м/ч, чтобы выбрать ту часть частиц, которая имеет средний диаметр, меньший или равный заданной величине, и которая будет составлять готовый продукт; оставшаяся часть частиц, имеющая средний диаметр частиц больше этой величины, возвращается в шаровую мельницу.
Размалывание проводится таким образом, что скорость подачи отборщика всегда равна 4 т/ч и количество свежего продукта, инжектируемое в шаровую мельницу, соответствует количеству отобранного продукта, выходящего из системы.
Агенты, способствующие сухой классификации, вводились в размалывающую систему в том месте, куда вводился свежий материал, и таким образом, чтобы поддерживалось постоянным количество агентов, способствующих размалыванию, относительно свежего материала, вводимого для размалывания.
<b>Таблица 2</b>
Тест №
Известный уровень техники
Изобретение
Изобретение
Тип агента
ПЭГ
Глицерин
Глицерин+ H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>
Удельная энергия классификации (кВт·ч/т)
172
160
171
% частиц с диаметром меньше 2 мкм
57
57
58
% частиц с диаметром меньше 1 мкм
21
23
23
d50 (мкм)
1,8
1,7
1,7
Удельная площадь (м<sup>2</sup>/г)
6,9
6,9
7,2
Удельная энергия классификации на 1 м<sup>2</sup> продукта (кВт·ч/т м<sup>2</sup>)
24,9
23,2
23,7
TM
Агенты под названием ПЭГ состоят из водного раствора, содержащего 75% (массовых) полиэтиленгликоля с молекулярной массой, равной 600 г/моль, и полученного от компании FLUKA.
Под глицерином имеется в виду водный раствор, содержащий 75% (массовых) глицерина.
3
4
Глицерин+HPO означает водный раствор, содержащий 75% (массовых) смеси (99/1 массовых) глицерин/фосфорная кислота.
В каждом из тестов используется 2000 ч./млн активного продукта (или 2,667 ч./млн каждого водного раствора).
Что касается уровня выполнения классификации, было замечено, что наилучшие результаты были получены в тестах 2 и 3.