[发明专利]颗粒材料的热处理方法

说明书

本申请要求2005年5月2日提交的美国临时专利申请No.60/676,294的优先权。

[001]本发明涉及诸如高岭土的颗粒材料的热处理新方法以及涉及向颗粒材料提供添加剂的方法。所得到的产物可以具有多种用途，例如作为油漆、塑料、聚合物、造纸和涂料组合物中的填料或增量剂。更一般来说，本文中公开的产物可用于使用诸如煅烧高岭土的热处理矿物的情况。

[002]颗粒状高岭土在自然状态下以水合形式出现，存在的形式为包含至少一个羟基官能度的结晶结构。颗粒状高岭土通过热处理可以转变成煅烧的形式。这种处理造成颗粒状高岭土脱去羟基。在煅烧期间，水合高岭土从结晶形式转变为非晶形式。此外，在煅烧期间可能会出现聚集。取决于相关的煅烧温度和/或所用煅烧炉的类型，聚集体的尺寸可以为直径小到几微米及大到几毫米。

[003]颗粒矿物的某些热处理，例如高岭土的煅烧，需要高温条件，通常从500℃至1200℃，这有可能导致相当大的能量消耗。为了由水合高岭土制备充分煅烧的产物，所需的热能高达600万Btu/吨(基于干煅烧进料速率)的煅烧方法是相当常见的。

[004]因此，仍需开发新的有效热处理方法，例如煅烧方法。

[005]热处理前，将诸如TiO₂的添加剂加入到诸如高岭土的颗粒材料中，从而改善所得到的颗粒矿物的光学性质，这往往证明是有利的。例如，诸如TiO₂的添加剂可以改善煅烧高岭土产物的不透明度和光散射特性。然而，当将诸如TiO₂的疏水性添加剂加入到颗粒材料的含水悬浮液中时可能发生凝絮并形成聚集体，导致向热处理材料表面的分散不够理想，降低其对不透明度和光散射的有益效果。

[006]因此，也需要有改进的方法，用于在热处理前向颗粒材料提供添加剂。

[007]本发明的一个方面提供一种热处理方法，其包括：

(a)在液体燃料中混合至少一种添加剂，从而形成添加剂/液体燃料混合物；

(b)用该添加剂/液体燃料混合物涂覆颗粒材料的至少一部分，从而形成涂覆的颗粒材料；和

(c)加热该涂覆的颗粒材料，从而煅烧该颗粒材料并燃烧液体燃料，从而形成经热处理的产物。

[008]根据这一方面，用添加剂/液体燃料混合物涂覆颗粒材料的至少一部分可以提供用于加热进料的额外能量。颗粒材料可以被直接加热，例如通过由窑炉提供热量，也可以通过由燃烧液体燃料产生热量被间接加热。结果是，由于使用涂覆颗粒材料的液体燃料所带来的协同效应，煅烧可以在较低的温度下进行。因此可以减少煅烧所需的总热能。

[009]与固体燃料相比，使用液体燃料作为次级热源也是有益的。例如，液体燃料可以提供高于固体燃料的热值。在给定的添加速率下，比起诸如木炭、木屑、有机污泥等的任何其他固体化石燃料源，燃料油可以产生更多的热量。此外，使用诸如烃的液体燃料不会导致产生可能引起煅烧产物变色的灰分。

[010]与固体燃料相比，通过涂覆可以使添加剂/液体燃料混合物在整个颗粒材料中扩散得更加均匀。用在本文中的“涂覆”是指涂覆至少一部分可达到的颗粒材料的外表面，无论其是否作为聚集体(如果在颗粒材料中有的话)而存在，或者涂覆至少一部分的个体颗粒的表面。通过将添加剂涂覆到颗粒材料的表面上，可以使该添加剂的分散得以改善。例如，通过增加TiO₂的分散并使之定域到颗粒材料的表面上，可以使TiO₂添加剂对不透明度和光散射的有益效果得以改善。

[011]一方面，“液体燃料”是指在操作温度下为液体的燃料。例如，一种燃料在室温下可以为固体，但在与颗粒材料进行混合以涂覆该材料时可以充分地为液体。

[012]一方面，添加剂/液体燃料混合物可以采用任何的形式，例如浆料或悬浮液。在一方面中，(a)步骤中的混合包括在液体燃料中分散至少一种添加剂，从而形成添加剂/液体燃料分散体。在一方面中，该混合可以在至少一种分散剂存在以保持悬浮的情况下进行。在一方面中，该至少一种分散剂可以选自：诸如聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚丙烯酰胺钠的丙烯酸盐基有机分散剂，环氧乙烷-环氧丙烷共聚物；诸如硅酸钠、偏硅酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸四钠的无机分散剂；以及诸如2-氨基-2-甲基-1-丙醇的醇基分散剂。其他的有机分散剂也可以用于本申请中，例如大豆卵磷脂基分散剂，以及失水山梨醇基分散剂，如失水山梨醇三脂肪酸酯和乙氧基化失水山梨醇三脂肪酸酯。