[发明专利]超高白度煅烧粘土颜料及其制造方法和用途

说明书

本发明涉及煅烧的、低磨损、高白度的煅烧高岭土颜料，和用选择的软质高岭土原料进行的这些颜料的制造及其在纸张制品中的应用。

工业矿物领域中的创造性进展之一是煅烧特定种类的结晶程度较差的超细三组分高岭土，即该领域中所说的“硬质”粘土，得到高白度的颜料(如GE白度为93.5％)，这些颜料具有理想的低磨损并且在填充或涂敷到纸张制品上时具有能提供不透明性的突出性能。参考Fanselow等人的美国专利No.3,586,523。其受让人及被许可人根据该专利的说明制造的产品在美国和国外高性能工业矿物的销售中已经占了很大比例。除了具有高白度、低磨损和不透明度的独特组合以外，由于原料中的高岭土独特的形貌及其固有的细颗粒尺寸和要求的颗粒尺寸分布，所以加工过程明显是经济的。在这样的原料中，着色杂质、尤其是铁污染的氧化钛颗粒富集在原料的粗颗粒粒级中。因此，回收煅烧炉喂料的传统除砂和分级得到了比原料中显色氧化钛含量更低的细颗粒粒级的含水高岭土。由于这些因素，煅烧的高岭土的产率高，例如，以除砂后的原料重量为基准，大约为50％，或者用除砂后的原料中小于1微米的颗粒重量表示约为40％。

与结晶程度较差、平均颗粒尺寸约为0.3微米(等效球直径，以下本文用e.s.d.来表示等效球直径)的硬质GeorgiaTeritary高岭土不同，在美国的Georgia州及全世界更丰富存在的软质高岭土由颗粒尺寸更大的、良好结晶的、平均颗粒尺寸约为0.6微米e.s.d.(约为硬质高岭土的二倍)的高岭土颗粒组成。为了分离出原料中细颗粒粒级使其具有与典型的除砂的硬质高岭土相同的平均颗粒尺寸和颗粒尺寸分布而进行的软质高岭土的分级仅有除砂的高岭土产率的约15％(或损失85％)。因此，假设除砂的软质高岭土的细颗粒粒级的煅烧会产生高白度、低磨损的蔽光的颜料，它至少在所有重要的性能上都与用硬质粘土制备的煅烧颜料相比美，这样的加工过程也不会是经济可行的。

众所周知，在工业中未煅烧的高岭土颜料和煅烧过的高岭土颜料的白度会由于着色杂质的存在受到不利影响，这些着色杂质主要是含钛杂质和含铁杂质。长期以来，在实践中一直通过物理方法或物理-化学方法把这些杂质去除到不同的程度，例如用浮选法，选择性絮凝法、磁选提纯、漂白法以及这些方法的组合。我们还知道在把粘土“充分”煅烧时，即把粘土煅烧到经过特征放热阶段，煅烧一般可以提高水合高岭土的白度，而在不严格的条件下煅烧粘土时，即煅烧到所谓“偏高岭土”状态时，可能降低白度。因此，通过除砂、分级、漂白和煅烧，可以容易地用硬质原料生产90％白度(完全)的煅烧颜料；通过添加一个或多个除去着色杂质的步骤可以用同样的原料获得93％白度的颜料。Fanselow等人的专利(上述的)揭示了95％白度的煅烧高岭土颜料。

最近试图用容易加工成93％以上白度的煅烧高岭土颜料的硬质高岭土原料生产具有更高白度的煅烧颜料。据我们所知，目前还没有办法仅仅用浮选等传统方法通过降低硬质高岭土中的着色杂质含量来生产具有95％以上白度的煅烧高岭土颜料。

另一方面，追溯到60年代早期，在专利文献中已经报道了发现用某些Georgia高岭土原料可以制得具有96％白度，甚至更高白度的煅烧高岭土颜料。通过这些专利文献中列出的颗粒尺寸和颗粒尺寸分布的资料，可以明显看出这些原料具有软质粘土的特征。可以参考下列专利：

U.S.3,058,671(1962)Billue

U.S.3,343,973(1967)Billue

U.S.3,171,718(1965)Gunn等

Billue宣称发现了高岭土粗颗粒粒级的介质研磨导致了“断裂诱导”白度，并且发现在充分煅烧断裂的高岭土时，可以增强白度。尤其是，Billue从天然原料中分离出了小于2微米的颗粒含量不超过35重量％的粗颗粒粒级，即大于2微米的粗颗粒粒级含量至少为65重量％。在实施例Ⅱ中(两个专利中都是这样)，“破碎”粗颗粒高岭土产生原始白度为89.1％的破碎粘土。煅烧这种水合粘土得到白度为96.3％(col.7)的产品。但是，该专利中的数据表明被破碎的部分粘土(86％小于2微米的粒级)用原料的重量表示为不足28.8％。因此，虽然煅烧白度非常高，但该方法取决于在研磨前2微米以下的细颗粒的去除，除非较高的白度可以补偿低产率的高成本，否则这种方法在经济上是无用的。关于他的96.3％白度的煅烧粘土，Billue没有报告磨损值或者提供蔽光性的数据。