特許 7703526 石灰泥から精製沈殿炭酸カルシウムを作製する方法背景

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-06-27

(45)【発行日】2025-07-07

(54)【発明の名称】石灰泥から精製沈殿炭酸カルシウムを作製する方法背景

(51)【国際特許分類】

   C01F 11/18 20060101AFI20250630BHJP

   B03D 1/01 20060101ALI20250630BHJP

   B03D 1/08 20060101ALI20250630BHJP

   B03D 1/10 20060101ALI20250630BHJP

   B04C 5/26 20060101ALI20250630BHJP

   B03B 5/28 20060101ALI20250630BHJP

   D21C 11/04 20060101ALI20250630BHJP

   B01J 13/00 20060101ALI20250630BHJP

   B03D 101/02 20060101ALN20250630BHJP

   B03D 103/02 20060101ALN20250630BHJP

【ＦＩ】

C01F11/18 A ZAB

B03D1/01

B03D1/01 100

B03D1/08 100

B03D1/10

B04C5/26

B03B5/28 B

D21C11/04 C

B01J13/00 B

B03D101:02

B03D103:02

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022522406

(86)(22)【出願日】2020-10-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-19

(86)【国際出願番号】 US2020056012

(87)【国際公開番号】W WO2021080870

(87)【国際公開日】2021-04-29

【審査請求日】2023-08-16

(31)【優先権主張番号】62/924,563

(32)【優先日】2019-10-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】502159859

【氏名又は名称】スペシャルティ ミネラルズ （ミシガン） インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100137523

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 智也

(72)【発明者】

【氏名】シャーマン、コックス

(72)【発明者】

【氏名】マーク、デイグル

(72)【発明者】

【氏名】ティモシー、サンマルコ

【審査官】玉井 一輝

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００８／００５３３３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－１１５０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９６５０４３３（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００３－２９２３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】KONONCHUK, Olga O. et al.，Ruckgewinnung von CaCO3 aus dem Nephelinschlamm der Aluminiumoxidproduktion，Chemie Ingenieur Technik，2019年，91, No.4，494-501

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｆ １１／１８

Ｂ０３Ｄ １／０１

Ｂ０３Ｄ １／０８

Ｂ０３Ｄ １／１０

Ｂ０４Ｃ ５／２６

Ｂ０３Ｂ ５／２８

Ｄ２１Ｃ １１／０４

Ｂ０１Ｊ １３／００

Ｂ０３Ｄ １０１／０２

Ｂ０３Ｄ １０３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

精製沈殿炭酸カルシウムを石灰泥から作製する方法であって、
石灰泥ケーキを、水および炭酸ナトリウムと混合して、第１のスラリーを形成することと、
前記第１のスラリーを、前記第１のスラリーを熟成させ且つピルソナイト、ショータイト、およびゲイラサイトのうちの１つ以上を形成する条件下で、加熱することと、
熟成させた前記第１のスラリーから、固形部分を分離することと、
前記ピルソナイト、ショータイト、およびゲイラサイトのうちの１つ以上をＣａＣＯ_３固形画分およびＮａ_２ＣＯ_３溶液画分に分解し、かつナトリウム塩を除去するのに十分な条件下で、前記固形部分を洗浄することと、
前記ＣａＣＯ_３固形画分を水および分散剤と混合して、前記ＣａＣＯ_３固形画分を水中に分散させ、１００ｒｐｍで１０００ｃｐｓ未満のブルックフィールド粘度を有する分散スラリーを形成し、それにより、前記精製沈殿炭酸カルシウムを含有する分散スラリーを生成することと、を含む、方法。

【請求項2】

前記分散スラリーを、０．４ミクロン～５ミクロンのメジアン粒子径に粉砕することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

粉砕した前記分散スラリーのｐＨを、９～１０．５のｐＨに調整することをさらに含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記分散スラリーのｐＨを、９～１０．５のｐＨに調整することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項5】

前記第１のスラリーを、８０℃～１００℃の温度に２～８時間加熱することを含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記第１のスラリーが、前記第１のスラリーの総重量に基づいて、２０重量％～４０重量％の炭酸ナトリウムおよび５重量％～４０重量％の石灰泥ケーキを含む、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記炭酸ナトリウムの溶液画分を収集することと、
ｐＨを９．５に低下させてシリカを沈殿させ、沈殿した前記シリカを濾別すること、または、溶解したシリカを、アルミン酸ナトリウム溶液と混合してアルミノシリケートを沈殿させ、沈殿した前記アルミノシリケートを濾別すること、
により、収集された前記炭酸ナトリウムの溶液画分から溶解したシリカを除去して、処理済炭酸ナトリウムを形成することと、
をさらに含み、
前記処理済炭酸ナトリウムが、石灰泥から沈殿炭酸カルシウムを作製する引き続く方法での使用のためにリサイクルされる、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記分散スラリーが、２５％～５０％の固形分含有量を有する、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記分散剤が、ポリ（アクリル酸）ナトリウム、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、ヒドロキシアクリル酸、および無水マレイン酸を含むモノマー単位のポリカルボン酸ホモポリマーもしくはコポリマーのうちの１つ以上である、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記石灰泥ケーキが、パルプ工場廃棄生成物、甜菜生産副生成物、またはアセチレン生産の副生成物として生成される、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

二酸化炭素ガスおよび／または二酸化炭素含有ガスでｐＨを調整することをさらに含む、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、廃棄生成物として生成された石灰泥ケーキを処理して沈殿炭酸カルシウムを生成する方法に関し、特に、廃棄生成物として生成された石灰泥ケーキを処理して、紙および板紙のフィラーおよび／または顔料としての使用に適した沈殿炭酸カルシウムを生成する方法に関する。

【0002】

関連技術の簡単な説明
紙および板紙の主成分は、種々の機械的および／または化学的パルプ化プロセスによって木材または他の植物源から生成されるセルロースパルプ繊維である。製紙業界で使用される主な化学パルプ化プロセスは、水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）、および硫化ナトリウムを消化プロセス工程において使用して、非セルロース系材料をセルロース系パルプ繊維から抽出および分離する、アルカリ「クラフト」プロセスである。とりわけ、パルプ化における別の一般的なバリエーションは、硫化ナトリウムを用いないことであり、これは苛性パルプ化として知られている。

【0003】

パルプ化プロセスの運転効率および経済効率を最大化するために、化学物質は可能な限り回収され、再利用される。この化学的回収プロセスでは、一部のパルプ化作業には石灰窯が含まれる。石灰窯は、苛性化と呼ばれるプロセスにおいて「緑液」と組み合わせられる（不活性化される）石灰（ＣａＯ）を生成するように機能する。緑液は、パルプ化と苛性化の間のパルプ化プロセスに由来する。石灰窯がない場合は、市販の石灰（ＣａＯ）を購入し、苛性化回路のシングルパスで使用する。

【0004】

緑液の主成分は炭酸ナトリウムであり、石灰と炭酸ナトリウムとの反応により、次の反応工程によって水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）および炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）が生成される。
ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）_２ （１）
Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｎａ_２ＣＯ_３→ＣａＣＯ_３＋２ＮａＯＨ （２）

【0005】

工程２で生成された炭酸カルシウムは、業界では「石灰泥」と呼ばれ、水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）溶液は「白液」と呼ばれる。工程２の反応条件により、石灰泥が、白液の流れからすばやく分離し得る比較的大きな粒子として沈殿する。洗浄および濾別の後、石灰泥は、存在する場合は石灰窯にリサイクルされるか、または埋め立て地に廃棄される。実際には、システムには多くの場合、リサイクルされた石灰泥および一部の埋め立てられたパージされた石灰泥の両方が含まれる。

【0006】

紙および板紙製品は、他の鉱物顔料と比較したその本質的に優れた白色度および明度のために、粉砕石灰石もしくはフィラーとして合成的に沈殿されたものから生成される微粒子として、および／またはコーティング顔料として、炭酸カルシウムを含むことがよくある。炭酸カルシウムを含有するにもかかわらず、石灰泥は、概して、紙および板紙におけるフィラーおよび／またはコーティング顔料としての使用には適さない。石灰泥は、比較的低い白色度および明度を有する。さらに、石灰泥は、残存苛性ソーダに起因して、概して大きな粒子径および高いｐＨを有する。葦および藁などの非木材種をパルプ化して生成された石灰泥は、上昇したレベルの高表面積の珪質鉱物をしばしば含有しみ、これらは石灰泥粒子の比表面積を増加させて、石灰泥粒子を従来の製紙におけるフィラーとしての使用には適しないようにする。

【0007】

石灰泥の別の欠点は、チャーの黒い粒子が石灰泥粒子と混ざり合い得ることである。ブラックチャーは、回収ボイラー中での燃焼から発生し得、これは緑液に運ばれ得、そして最終的には、緑液の苛性化から生成された石灰泥に運ばれ得る。黒い斑点を生じ得るブラックチャーは、紙での使用を目的とした白色顔料では、非常に望ましくない。これらの理由から、石灰泥は、苛性化工程で再利用するために石灰窯で再燃焼されて酸化カルシウム（ＣａＯ）を生成しない場合、埋め立て地に廃棄される。石灰泥をリサイクルする場合でも、（ｉ）パルプ化能力を高めるため、または（ｉｉ）非プロセス要素のシステムをクリーンアップしてプロセス効率を向上させるために、より多くの石灰泥をパージすることが有利な場合がある。

【発明の概要】

【0008】

石灰泥が、埋め立てられるのとは反対に、処理されて紙および板紙のフィラーおよび／またはコーティング顔料として使用するのに適切になり得るならば、有益であろう。また、このことは、製紙工場で購入した石灰の総利用率を改善し、購入した鉱物充填物および／またはコーティング顔料の消費量を削減するであろう。さらに、この石灰泥を実施可能な新しい生成物に精製することは、廃棄物を最小限に抑え、かつ材料の再利用、リサイクル、または転用により資源の使用がより効率的であるサーキュラーエコノミーをサポートする企業によるグローバルな取り組みをサポートする。

【0009】

本開示の実施形態によれば、精製沈殿炭酸カルシウムを石灰泥から作製する方法は、石灰泥ケーキを水および炭酸ナトリウムと混合して第１のスラリーを形成することと、第１のスラリーを、スラリーを熟成させ、かつピルソナイト、ショータイト、およびゲイラサイトのうちの１つ以上を形成する条件下で加熱することと、熟成させたスラリーから、固形部分を分離することと、ピルソナイト、ショータイト、およびゲイラサイトのうちの１つ以上を、ＣａＣＯ_３固形画分およびＮａ_２ＣＯ_３固形画分に分解し、かつナトリウム塩を除去するのに十分な条件下で、固形部分を洗浄することと、ＣａＣＯ_３固形画分を水および分散剤と混合して、ＣａＣＯ_３固形画分を水中に分散させ、１００ｒｐｍで約１０００ｃｐｓ未満のブルックフィールド粘度を有する分散スラリーを形成し、それにより、精製沈殿炭酸カルシウムを含有する分散スラリーを生成することと、を含み得る。

【0010】

本開示の実施形態によれば、精製沈殿炭酸カルシウムを石灰泥から作製する方法は、石灰泥ケーキを水および分散剤と混合して、１００ｒｐｍで約１０００ｃｐｓ未満のブルックフィールド粘度を有する第１のスラリーを形成することと、第１のスラリーを、約０．４ミクロン～約５ミクロンのメジアン粒子径に粉砕することと、不純物粒子を含む遠心分離スラリーおよび精製炭酸カルシウムを含むペーストを得るのに十分な条件下で、粉砕したスラリーを相分離することと、ペーストを、水中で目標固形分含有量まで希釈し、それによって精製沈殿炭酸カルシウムを含有する分散スラリーを生成することと、を含み得る。

【0011】

本開示の実施形態によれば、精製沈殿炭酸カルシウムを石灰泥から作製する方法は、石灰泥ケーキを水と混合して、第１のスラリーを形成することと、第１のスラリーのｐＨを、約１０～約１１になるように調整することと、約５００～約２０００ｇのｇ力を達成するのに十分な条件下で、第１のスラリーを、約１～約１０分の滞留時間にわたって遠心分離することにより、不純物粒子および精製炭酸カルシウムを含むペーストを含む遠心分離スラリーを得ることと、ペーストを水および分散剤と混合して、１００ｒｐｍで約１０００ｃｐｓ未満のブルックフィールド粘度を有し、かつ精製沈殿炭酸カルシウムを含有する分散スラリーを形成することと、を含み得る。

【0012】

本開示の実施形態によれば、精製沈殿炭酸カルシウムを石灰泥から作製する方法であって、石灰泥ケーキを水と混合して、第１のスラリーを形成することと、第１のスラリーのｐＨを約８～約１１になるように調整することと、第１のスラリーをシリケート浮選収集剤化合物と混合して、第２のスラリーを形成することと、シリケート粒子不純物を含有する濃縮泡およびＣａＣＯ３を含有するテールスラリーを形成するのに十分な条件下で、第２のスラリーを、浮選セルシステムにより処理することと、テールスラリーを洗浄および分離して、過剰の可溶性塩を含有する液相および精製ＣａＣＯ３を含有するペーストにすることと、ペーストを水と混合して、１００ｒｐｍで約１００ｃｐｓ未満の粘度を有し、かつ精製沈殿炭酸カルシウムを含有する分散スラリーを形成すること。

【0013】

本開示の実施形態によれば、炭酸カルシウムおよびブラックチャーを含有する出発スラリーから、ブラックチャーを除去する方法は、ブラックチャー粒子を上部に上昇させて第１のオーバーフローを形成し、かつ炭酸カルシウムを下部に留めて第１のアンダーフローを形成させるのに十分な条件下で、出発スラリーを、第１の液体サイクロンに流すことと、ブラックチャー粒子を上部に上昇させて第２オーバーフローを形成し、かつ炭酸カルシウムを下部に留めて第２のアンダーフローを形成するのに十分な条件下で、第１のアンダーフローを第２の液体サイクロンに流すことと、ブラックチャー粒子を上部に上昇させて第３のオーバーフローを形成し、かつ炭酸カルシウムを下部に留めて第３のアンダーフローを形成するのに十分な条件下で、第１のオーバーフローを第３の液体サイクロンに流すことと、第２のアンダーフローを、回収チャンバーに流すことと、第２のオーバーフローを、第１の液体サイクロンに流すことと、第３のアンダーフローを、第１の液体サイクロンに流すことと、ブラックチャー粒子を上部に上昇させて第４のオーバーフローを形成し、かつ炭酸カルシウムを下部に留めて第４のアンダーフローを形成するのに十分な条件下で、第３のオーバーフローを第４の液体サイクロンに流すことと、第４のオーバーフローを、廃棄物容器に流すことと、第４のアンダーフローを、第３の液体サイクロンに流すことと、を含み得る。

【0014】

本開示の実施形態によれば、炭酸カルシウムおよびブラックチャーを含有する出発スラリーからブラックチャーを除去する方法は、ブラックチャー粒子を上部に上昇させてオーバーフローを形成し、かつ炭酸カルシウムを下部に留めてアンダーフローを形成するのに十分な条件下で、出発スラリーを液体サイクロンに流すことと、オーバーフローを廃棄に流すことと、アンダーフローを回収チャンバーに流すことと、を含み得る。

【0015】

本開示の実施形態によれば、炭酸カルシウムおよびブラックチャーを含有する出発スラリーからブラックチャーを除去する方法は、ブラックチャー粒子を上部に上昇させて第１のオーバーフローを形成し、かつ炭酸カルシウムを下部に留めて第１のアンダーフローを形成させるのに十分な条件下で、出発スラリーを第１の液体サイクロンに流すことと、ブラックチャー粒子を上部に上昇させて第２のオーバーフローを形成し、かつ炭酸カルシウムを下部に留めて第２のアンダーフローを形成するのに十分な条件下で、第１のアンダーフローを第２の液体サイクロンに流すことと、第１のおよび第２のオーバーフローを廃棄に流すことと、第２のアンダーフローを回収チャンバーに流すことと、を含み得る。

【0016】

本開示の実施形態によれば、炭酸カルシウムおよびブラックチャーを含有する出発スラリーからブラックチャーを除去する方法は、トラップタンクの中心でまたはその近くでの連続流入を使用して、出発スラリーをトラップタンクにロードすることと、約０．１ｍ／秒～約１．５ｍ／秒の先端速度で約４～約１０分の滞留時間にわたって、ブラックチャー粒子をトラップタンクの上部に上昇させ、かつ炭酸カルシウムをトラップタンクの下部に沈降させるのに十分な条件下で、攪拌機を使用してトラップタンク内で出発スラリーを攪拌することと、炭酸カルシウムを、トラップタンクの底部から回収容器に送り出すことと、を含み得る。

【0017】

本開示の実施形態によれば、炭酸カルシウムおよびブラックチャーを含有する出発スラリーからブラックチャーを除去する方法は、約１ｍ／秒～約５ｍ／秒の先端速度で攪拌機を用いて毎分約０．１リットル～毎分約２リットルの出発スラリー１リットル当たりの流量で出発スラリーにオゾン含有ガスを流すことを含み、ブラックチャーが、オゾンによって二酸化炭素ガスに酸化され、かつガス流で除去される。

【0018】

本開示の実施形態によれば、炭酸カルシウムおよびブラックチャーを含有する出発スラリーからブラックチャーを除去する方法は、出発スラリーを発泡剤および浮選収集剤化合物と混合して、第２のスラリーを形成することと、第２のスラリーを、浮選装置により、第２のスラリー１リットル当たり約１ｓｌｐｍ～約３ｓｌｐｍの空気流下で、攪拌機で、約１５０ｍ／分～約５００ｍ／分の先端速度で、約１分～約１０分にわたり、浮選装置から溢れる泡および浮選装置中に残るテールスラリー、ブラックチャーを含む泡および炭酸カルシウムを含むテールスラリーと共に処理することと、テールスラリーを収集し、テールスラリーを水に分散させて、炭酸カルシウムを含有する分散スラリーを形成することと、を含み得る。

【0019】

ブラックチャーを除去する方法の前述の実施形態のいずれにおいても、出発スラリーは、精製沈殿カーボネート生成物のスラリーであり得る。例えば、出発スラリーは、本明細書に開示される方法のいずれかから生じる精製沈殿カーボネート生成物のスラリーであり得る。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1A】本開示の実施形態によるトラップタンクの概略図である。

【図1B】本開示の実施形態によるトラップタンクの概略図である。

【図2】廃棄物中のブラックチャーを除去するための４つの液体サイクロンを示す簡略化されたフロースキームである。

【図3】石灰泥サンプルの電界放出型走査電子顕微鏡画像を、２つの倍率で示す。高いほうの倍率は、不純物（板状および非常に細かい粒子）が炭酸カルシウム凝集体内にどのように埋め込まれているかを示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本開示の実施形態による石灰泥を処理する方法は、一連の化学的および機械的処理を含み得る。本開示による方法は、石灰泥廃棄生成物を、紙および板紙製品においてフィラーおよび／または顔料として使用するのに適した径および純度の粒子に処理し、かつ、鉱物シリケートおよび黒色炭素質材料などの望ましくない無機種を除去する。フィラーまたは顔料としての使用に一般的に適する沈殿炭酸カルシウムは、約０．５μｍ～約５μｍのメジアン粒子径分布、約３ｍ^２／ｇ～約２０ｍ^２／ｇの比表面積、約８０を超えるＩＳＯ明度のうちの１つ以上を有し得、かつ、可視ブラックチャーを有しない。特に断りのない限り、本明細書では、得られた沈殿炭酸カルシウムのメジアン粒子径分布は、Ｈｏｒｉｂａ ＬＡ－９５０などのレーザー光散乱装置を使用して測定される。粒子径測定のサンプル準備では、ポリ（アクリル酸）などの分散剤ポリマーとの混合、その後の超音波処理を含む。

【0022】

本開示に従って石灰泥から沈殿炭酸カルシウムを作製する方法は、高い比表面積を有する不純物の除去および可視ブラックチャーの除去の一方または両方を含み得る。高い比表面積を有する不純物の除去または還元および可視ブラックチャーの除去によって沈殿炭酸カルシウムを作製する方法は、２段階のプロセスを含み得る。実施形態では、本開示の方法は、高比表面積の材料を除去して、精製沈殿炭酸カルシウムを生じ得る。実施形態では、方法は、精製沈殿炭酸カルシウムのさらなる精製のため可視ブラックチャーを除去するために、得られた精製沈殿炭酸カルシウムをさらに処理することを含み得る。実施形態では、本開示の方法は、ブラックチャーを除去して、精製沈殿炭酸カルシウムを生じ得る。

【0023】

高比表面積不純物には、シリケート、カルシウムシリケート水和物、ハイドロタルサイト様化合物、アルミン酸カルシウム、リン酸カルシウム、およびアモルファスシリケートのうちの１つ以上を含み得る。高比表面積とは、一般に、２０ｍ^２／ｇを超える比表面積を有する不純物粒子を意味する。例えば、高比表面積材料は、２０ｍ^２／ｇ超～１００ｍ^２／ｇ以上の表面積を有し得る。例えば、そのような高表面積材料の典型的な表面積は、約４０ｍ^２／ｇ～約６０ｍ^２／ｇである。

【0024】

ブラックチャーは、石灰泥中に存在し得る黒色炭素質物質である。石灰泥の供給源によっては、高比表面積不純物およびブラックチャーの両方を除去するために、石灰泥を処理する必要があり得る。あるいは、ブラックチャーの除去のみが必要であり得る。高比表面積材料の除去方法と組み合わせて使用する場合、ブラックチャーの除去は、高比表面積材料の除去後に行い得る。概して、ブラックチャーの除去は、残存する可視ブラックチャーがない点まで実施される。

【0025】

本開示の実施形態は、１つ以上の浮選セル法、熱熟成法、および相分離法による高比表面積不純物の除去を含む。本開示の実施形態は、別々にまたは追加的に、液体サイクロン法、トラップタンク法、オゾン法、および浮選法のうちの１つ以上による可視ブラックチャーの除去を含み得る。任意の１つ以上の高比表面積不純物除去方法および可視ブラックチャー除去方法のうちの任意の１つ以上の任意の適切な組み合わせが利用され得る。

【0026】

本開示のいずれの方法においても、石灰泥ケーキは、紙クラフトパルプ工場、甜菜生産などの多くのプロセスにおける廃棄生成物、およびアセチレン生産の副生成物として生成され得る。石灰泥は、回収ボイラー精錬物からの石灰および緑液を反応させた反応生成物であり得る。精錬物は、クラフトプロセス黒液またはソーダプロセス（ＮＳＳＣ）黒液の燃焼から、または化学機械パルプ液（ＣＭＰ、ＣＴＭＰ、ＡＰＭＰ）から得られ得る。

【0027】

本明細書に開示される方法のいずれにおいても、石灰泥ケーキは、石灰泥ケーキを水と混合して第１のスラリーを形成し、第１のスラリーを洗浄して石灰泥ケーキ中に存在する苛性ソーダを除去することによって洗浄され得る。

【0028】

ｐＨ調整が行われる本開示の方法のいずれにおいても、二酸化炭素ガスおよび／または二酸化炭素含有ガスをスラリーに流すことによって、ｐＨを低下させ得る。例えば、煙道ガスを使用し得る。他の適切なガスには、液化源などからの純粋な二酸化炭素ガス、希薄燃焼排ガス、エタノールまたは石油化学源からの二酸化炭素の副生成物が挙げられる。煙道ガスは、二酸化炭素含有量が約８％～約３０％のボイラーまたは窯からのものであり得る。

【0029】

粉砕が行われる本開示の方法のいずれにおいても、粉砕は、微粉砕のための任意の公知の適切な方法によって達成し得る。例えば、スラリーは、ボールミル、サンドミル、およびメディアミルなどの様々な公知の粉砕技術によって粉砕され得る。例えば、スラリーは、ガラス、砂および／またはセラミックメディアを使用する垂直または水平に攪拌されるメディアミルを使用して粉砕され得る。メディアは、約０．５ｍｍ～約３ｍｍのメジアン直径を有し得る。スラリーは、予想される最終用途に適した粒子径に粉砕される。例えば、石灰泥を処理して沈殿炭酸カルシウムを形成する場合、本開示の方法は、約０．５ミクロン～約５ミクロン、約１ミクロン～約２ミクロン、約０．５ミクロン～約１ミクロン、約３ミクロン～約５ミクロン、または約２ミクロン～約３ミクロンのメジアン粒子径への粉砕を含み得る。適切な径には、約０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、および５ミクロンのメジアン粒子径が挙げられる。

【0030】

浮選セル法
実施形態では、石灰泥から沈殿炭酸カルシウムを作製する方法は、石灰泥から高比表面積不純物を除去するための浮選セルの使用を含み得る。浮選セル技術は、平均粒子径が約５０～５００ミクロンのより大きな粒子径の不純物を除去するために、一般的に使用される。本開示による方法は、４～２０ミクロンの粒子径などのより小さな粒子径の不純物を除去するための浮選セル技術の使用を可能にし得ることが有利に見出された。図３を参照すると、高表面積材料は、概して、凝集体として炭酸カルシウム結晶と結合している。驚くべきことに、この凝集物にもかかわらず、このような不純物の分離は、本開示の浮選セル法によって達成され得ることが見出された。当業者は、従来の浮選セル技術または遠心分離さえ使用して炭酸カルシウムを除去することなくまたは炭酸カルシウムに悪影響を与えることなく、そのような凝集物を分離する能力を期待しなかったであろう。

【0031】

この方法は、石灰泥ケーキを水と混合して第１のスラリーを形成し、ｐＨを約８～約１１、または約９～約１０．５、または約８～約１０または約８～約１１に調整することを含み得る。他の適切なｐＨ値には、約８、８．５、９、９．５、１０、１０．５、および１１が挙げられる。次に、第１のスラリーをシリケート浮選収集剤化合物と混合して第２のスラリーを形成し得、第２のスラリーを水で希釈して、第２のスラリーの総重量に基づいて約５重量％～約１５重量％の固形分含有量にし得る。あるいは、石灰泥ケーキを水と混合して第１のスラリーを形成する際に希釈を行うことにより、スラリーの総重量に基づいて約５重量％～約１５重量％の固形分含有量を達成し得る。

【0032】

次に、第２のスラリーを、シリケート粒子不純物を含有する濃縮泡およびＣａＣＯ_３を含有するテールスラリーを形成するのに十分な条件下で、浮選セルシステムを通して処理し得る。

【0033】

テールスラリーを洗浄し、過剰の可溶性塩を含有する液相および精製されたＣａＣＯ_３を含有するペーストに分離し得る_。ペーストを水および分散剤と混合して、１００ｒｐｍで約１０００ｃｐｓ未満の粘度を有する分散スラリーを形成し得る。

【0034】

精製沈殿炭酸カルシウム生成物は、分散スラリーを生じる。特定の用途に必要な場合、分散スラリーを約０．５ミクロン～５ミクロンのメジアン粒子径に粉砕することができ、かつ／または粉砕後にｐＨがこの範囲外である場合、ｐＨを約９～約１０．５に調整し得る。

【0035】

実施形態において、シリケート浮選収集剤化合物を有する第１のスラリーは、スラリーの総重量に基づいて、約５重量％～約４０重量％の固形分含有量に混合し得る。他の適切な範囲には、約５重量％～約２０重量％、約５重量％～約１０重量％、約２０重量％～約２５重量％、約３０重量％～約４０重量％が含まれる。他の適切な値には、第１のスラリーの総重量に基づいて、約５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３７、３８、および４０重量％が挙げられる。

【0036】

シリケート浮選収集剤化合物は、アミンベースの化合物であり得る。例えば、シリケート浮選収集剤は、一級アミン、ジアルキルアミン、三級アミン、および四級アミンのうちの１つ以上であり得る。特定の化合物の例には、獣脂、ココアミン、ヒドロキシエチルアルキルイミダゾリン、ラウリルアミン、長鎖アルキルピリジニウム、およびｎ－アルキルトリメチルアンモニウムが挙げられるが、これらに限定されない。シリケート浮選収集剤化合物は市販されており、Ｆｌｏｔｉｇａｍ（登録商標）３１３５（Ｃｌａｒｉａｎｔ）、Ｆｌｏｔｉｇａｍ（登録商標）Ｋ２Ｃ（Ｃｌａｒｉａｎｔ）、Ａｒｍａｋ（登録商標）１０１９（Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＬＬＣ）、ＭＤ ２０７６３（Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ）、ＣｕｓｔＡｍｉｎｅ（登録商標）１２０８、（ＡｒｒＭａｚ）およびＴｏｍａｍｉｎｅ（登録商標）ＤＡ－１７（Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）、Ｅｔｈｏｍｅｅｎ（登録商標）（Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ）、およびＤｕｏｍａｃ－Ｔ（登録商標）（Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ）のうちの１つ以上が挙げられ得る。

【0037】

シリケート浮選収集剤化合物は、石灰泥ケーキの乾燥質量に基づいて、約０．１重量％～約０．３重量％の量で第１のスラリー中に提供され得る。

【0038】

熱熟成法
実施形態によれば、石灰泥から沈殿炭酸カルシウムを作製する方法は、炭酸ナトリウム中で石灰泥を熱熟成させて、高比表面積の不純物を低減することを含み得る。実施形態では、本方法は、石灰泥ケーキを、水、および炭酸ナトリウムと混合して第１のスラリーを形成し、第１のスラリーを、スラリーを熟成させ、かつピルソナイト（Ｎａ_２Ｃａ（ＣＯ３）_２）、２Ｈ_２Ｏ、ショータイト（Ｎａ_２Ｃａ_２（ＣＯ_３）_３）、およびゲイラサイト（Ｎａ_２Ｃａ（ＣＯ_３）_２．５Ｈ_２Ｏ）のうちの１つ以上を形成する条件下で加熱することを含み得る。本方法は、熟成させたスラリーから固形部分を分離し、固形部分を、ピルソナイト、ショータイト、およびゲイラサイトのうちの１つ以上をＣａＣＯ_３固形画分およびＮａ_２ＣＯ_３溶液画分に分解し、かつナトリウム塩を除去する条件下で洗浄することをさらに含み得る。次いで、ＣａＣＯ_３固形画分を、水および分散剤と混合して、ＣａＣＯ_３固形画分を水中に分散させ、１００ｒｐｍで約１００ｃｐｓ未満のブルックフィールド粘度を有する分散スラリーを形成し得る。特に明記されていない限り、ここで報告されている粘度値は、ブルックフィールド粘度値である。ＣａＣＯ_３固形画分は、例えば、製紙用途で使用するのに適した比表面積を有する精製沈殿炭酸カルシウムである。

【0039】

所望の用途に必要な場合、次いで、分散スラリーは、約０．５ミクロン～約５ミクロンのメジアン粒子径に粉砕され得、かつ／または、ｐＨは、約８～約１１のｐＨに調整され得る。例えば、ｐＨは、約９～約１０、または約９～約１０．５、または約８～約１０、または約８～約１１であり得る。他の適切なｐＨ値には、約８、８．５、９、９．５、１０、１０．５、および１１が挙げられる。

【0040】

実施形態では、プロセスは、熱熟成の前に第１のスラリーを洗浄することを含み得る。第１のスラリーは、例えば、フィルタープレス、浄化装置および／または回転式真空フィルターを使用して洗浄され得る。実施形態では、洗浄は水を使用して達成され得る。例えば、第１のスラリーの固形物の乾燥質量の約１～約５倍に等しい量の水が使用され得る。

【0041】

実施形態では、熱熟成は、スラリーを、約８０℃～約１３０℃、約９０℃～約１００℃、約８５℃～約９５℃、または約８０℃～約９０℃の温度に加熱することによって行うことができる。他の適切な温度には、約８０、８５、９０、９５、１００、１０５、１１０、１１５、１２０、１２５、および１３０℃が挙げられる。

【0042】

実施形態では、スラリーは、約２時間～約８時間、約２時間～約４時間、約３時間～約７時間、約５時間～約８時間、または約３時間～約６時間エージングし得る。他の適切な時間には、約２、３、４、５、６、７、または８時間が挙げられる。

【0043】

実施形態では、第１のスラリーは、第１のスラリーの総重量に基づいて、約２０重量％～約４０重量％の炭酸ナトリウムを含み得る。他の適切な量の炭酸ナトリウムには、約２５重量％～約４０重量％、約３０重量％～約３５重量％、約２０重量％～約３０重量％、または約２５重量％～約３５重量％が挙げられる。例えば、第１のスラリーは、第１のスラリーの総重量に基づいて、約２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８、または４０重量％を含み得る。

【0044】

実施形態では、第１のスラリーは、第１のスラリーの総重量に基づいて、約５重量％～約３０重量％の石灰泥を含み得る。他の適切な量の石灰泥には、約５重量％～約１５重量％、約１０重量％～約２０重量％、約１５重量％～約３０重量％が挙げられる。例えば、第１のスラリーは、約５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、または３０重量％を含み得る。

【0045】

実施形態では、固形部分は、熟成させたスラリーから分離された後、水で洗浄される。洗浄は、公知の装置を使用して、ケーキまたはペーストに水を通すことによって行い得る。例えば、フィルタープレスを使用し得る。あるいは、固形部分を水に再懸濁し得、分離プロセスを繰り返し得る。他の公知の洗浄技術および装置が使用し得る。

【0046】

実施形態では、プロセスで使用される炭酸ナトリウムは、その後の使用のためにリサイクルされ得る。ただし、プロセスでリサイクルする前に、炭酸ナトリウム中に存在する溶解したシリカをプロセスから除去する必要がある。これは、例えば、回収された炭酸ナトリウムのｐＨを約９．５に低下させてシリカを沈殿させ、任意の適切な濾過方法を使用して沈殿したシリカを濾別することによって行い得る。実施形態において、溶解したシリカは、回収された炭酸ナトリウムをアルミン酸ナトリウム溶液と混合してアルミノシリケートを沈殿させ、次いで、当該分野で公知の任意の適切な濾過方法を使用してアルミノシリケートを濾過することによって除去し得る。

【0047】

相分離法
実施形態によれば、精製沈殿炭酸カルシウムを石灰泥から作製する方法は、高比表面積の不純物を除去するための相分離の使用を含み得る。高比表面積の不純物を炭酸カルシウムから相分離し、除去して、精製沈殿炭酸カルシウム生成物を生成し得ることが有利に見出された。

【0048】

実施形態では、この方法は、石灰泥ケーキを水および分散剤と混合して、１００ｒｐｍで約１０００ｃｐｓ未満の粘度を有する分散スラリーを形成することと、分散スラリーのｐＨを約８～約１０．５のｐＨになるように調整することとを含み得る。実施形態では、分散スラリーは、１００ｒｐｍで約１００ｃｐｓ未満の粘度を有し得る。この方法は、分散スラリーを、約０．５ミクロン～約５ミクロンのメジアン粒子径に粉砕することをさらに含み得る。粉砕後、必要に応じて、ｐＨを約８～約１０．５に再調整し得る。次に、この方法は、不純物粒子を含むスラリーおよび精製された炭酸カルシウムを含むペーストを得るのに十分な条件を使用して、粉砕したスラリー中で相分離を誘発することを含み得る。ペーストを遠心分離物から分離し、水に分散させて目的の固形分含有量にすることにより、沈殿炭酸カルシウムを生成し得る。

【0049】

実施形態では、本方法は、石灰泥ケーキを水と混合して第１のスラリーを形成することであって、第１のスラリーのｐＨが約１０～約１１に調整され得、次に、相分離を誘導して不純物を分離し、精製された炭酸カルシウムを含有するペーストを生成することを含み得る。次いで、ペーストを分離し、水および分散剤と混合して、１００ｒｐｍで約１０００ｃｐｓ未満の粘度を有する分散スラリーを形成し得る。実施形態では、分散スラリーは、１００ｒｐｍで約１００ｃｐｓ未満の粘度を有し得る。分散スラリーは、約０．５ミクロン～約５ミクロンの粒子径に粉砕することができ、ｐＨは、約９～約１０．５に調整し得る。相分離工程の後に粉砕が行われるそのような実施形態では、分散剤は第１のスラリーに必要ではなく、代わりに、精製沈殿炭酸カルシウムの分散スラリーを形成するときに添加し得ることが見出された。

【0050】

本明細書に開示される相分離法のいずれにおいても、遠心分離を相分離法として使用し得る。例えば、この方法は、約５００～約２０００ｇのｇ力を達成するのに十分な条件下で、約１～約１０分の滞留時間にわたって粉砕したスラリーを遠心分離して、不純物粒子を含む遠心分離スラリーおよび精製炭酸カルシウムを含むペーストを得ることを含み得る。ペーストを、遠心分離物から分離し、精製沈殿カーボネート生成物の最終用途に応じて、目標の固形分含有量まで水に分散させ得る。

【0051】

本明細書に開示される相分離方法のいずれにおいても、重力分離または他の既知の相分離技術を使用して、炭酸カルシウムから不純物を相分離し得る。沈降時間および垂直方向の液体の深さなどの重力沈降パラメータは、所与のスラリーについて調整され得る。

【0052】

第１のスラリーは、スラリーの総重量に基づいて、約１０重量％～約３５重量％の固形分含有量を有し得る。他の適切な量には、約１５重量％～約３０重量％、約１０重量％～約２０重量％、約２０重量％～約２５重量％、または約１０重量％～約３０重量％が挙げられる。例えば、第１のスラリーは、約１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４、または３５重量％の固形分含有量を有し得る。

【0053】

前述の実施形態のいずれかにおいて、ペーストまたはスラリーを希釈して、精製沈殿炭酸カルシウムの分散スラリーを形成する場合、分散スラリーは、分散スラリーの総重量に基づいて、約２５重量％～約５０重量％の固形分含有量を有し得る。分散スラリーの総重量に基づく重量による他の適切な固形分含有量には、約２５％～約４０％、約３０％～約４５％、約３０％～約５０％、または約４０％～約５０％が挙げられる。例えば、分散スラリーは、分散スラリーの総重量に基づいて、約２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、および５０重量％の固形分含有量を有し得る。

【0054】

前述の実施形態のいずれかにおいて、分散剤は、ポリ（アクリル酸）ナトリウム、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、ヒドロキシアクリル酸、および無水マレイン酸を含むモノマー単位のポリカルボホモまたはコポリマーのうちの１つ以上であり得る。

【0055】

ブラックチャーを除去するための液体サイクロン処理
液体サイクロン処理は、単独で、または高比表面積材料を除去して石灰泥からブラックチャーを除去するための任意の方法と組み合わせて使用し得る。高比表面積材料の除去方法と組み合わせて使用する場合、高比表面積材料の除去後にブラックチャーの除去を行い得る。

【0056】

上記のように、ブラックチャーの除去方法は、高比表面積不純物を除去するための処理から生じる沈殿炭酸カルシウムまたは石灰泥ケーキに対して実施され得る。高比表面積不純物を除去した後、精製沈殿炭酸カルシウムに使用される場合、得られる生成物は、概して、精製沈殿炭酸カルシウムと水および分散剤とのスラリーである。石灰泥ケーキと一緒に使用する場合、石灰泥ケーキを、任意選択で分散剤を用いて水に分散させて、ブラックチャー除去プロセスによって処理するためのスラリーを形成し得る。上記の分散剤のいずれかを使用し得る。参照を容易にするために、「ブラックチャー除去出発スラリー」という用語を本明細書中で使用し、高比表面積不純物が除去された前処理済の沈殿炭酸カルシウムのスラリーまたは石灰泥ケーキから形成されたスラリーを指すと理解される。

【0057】

水および分散剤ならびにブラックチャー不純物を有するブラックチャー除去出発スラリーを、直列および／または並列構成の１つ～４つの液体サイクロンを含む装置に通過させ得る。スラリーが装置を通過すると、ブラックチャー不純物がスラリーの上部に浮き、除去され得る。図２を参照すると、例えば、４つの液体サイクロンを有する実施形態では、プロセスは、スラリーを第１の液体サイクロンに通すことを含み得、ここで、オーバーフロー（より軽い粒子）は第３の液体サイクロンに移動し、アンダーフロー（より重い粒子）は第２の液体サイクロンに移動する。第２の液体サイクロンでは、オーバーフローは第１の液体サイクロンに移動する一方、アンダーフローは回収チャンバーに移動する。第３の液体サイクロンでは、オーバーフローは第４の液体サイクロンに移動し、アンダーフローは第１の液体サイクロンに移動する。第４の液体サイクロンでは、オーバーフローは廃棄に移動し、アンダーフローは第３の液体サイクロンに移動する。

【0058】

ブラックチャー除去のためのトラップタンク処理
液体サイクロン処理の代わりに、トラップタンク処理を利用してブラックチャーを除去し得る。図１Ａおよび１Ｂを参照すると、トラップタンクの概略画像が示されている。トラップタンクは、概して円錐形を有し得る。図１Ａおよび１Ｂに示される実施形態では、トラップタンクは、円錐台形状の底部に配置された上部円筒形部分を有する。トラップタンクは、オーバーフローバルブ、回転ブレード、および出口をさらに含み得る。オーバーフローバルブは、スラリーがトラップタンクに供給されるトラップタンクの上部領域に配置されて、出力速度よりも高い供給速度を有することなどから生じ得るオーバーフローを収集し得る。理論に拘束されることを意図しないが、トラップタンク設計は、スラリーの遅い下向きの流れに対して、ブラックチャースラリー中で表面に向かって上向きに移動する傾向のバランスをとると考えられている。スラリーの表面近くでの攪拌は、石灰泥粒子からのブラックチャーの分離を促進する。

【0059】

図１Ａおよび１Ｂに示されるような実施形態では、円筒形部分は、供給タンクまたは他のレセプタクルからブラックチャー除去出発スラリーを供給するための供給ライン、およびスラリーがトラップタンクに供給されると、それを攪拌するための円筒形部分の下部に配置された回転ブレードを含み得る。トラップタンク内のスラリーが攪拌されるにつれて、ブラックチャーの不純物が表面に浮き上がり、精製されたサンプルがタンクの底に残る。トラップタンクの底に出口ポンプを組み込んで、精製されたサンプルを回収し得る。実施形態では、システムは、トラップタンクへの供給物およびトラップタンクからの精製されたサンプルの一定または実質的に一定の流れを維持するように運転され得る。実施形態では、この方法は、回収されたサンプルをトラップタンクに１回以上、２回以上、３回以上、４回以上、または５回以上通すことを含み得る。例えば、約１～約３回、約２～５回、約１～４回、および約１～５回。供給／回収されたサンプルが、一旦、トラップタンクを所望の回数通過させられると、それは回収チャンバー内に収集され得る。必要に応じて、回収された生成物をさらに処理して、ｐＨを調整すること、および／または固形分含有量を調整することなどにより、フィラーまたは顔料としての使用により適したものにし得る。

【0060】

攪拌機は、平らな円盤状のブレード、分散ブレード、および／または鋸刃のインペラであり得る。攪拌機は、スラリー中で層流を達成し得る任意のブレードであり得る。実施形態では、攪拌機は、トラップタンクの円筒形セクションの直径の約０．４～約０．９５倍に等しい直径を有するカウルズブレードであり得る。

【0061】

攪拌機は、層流を維持しながら、約０．１～約１．５ｍ／秒の先端速度で回転し得る。

【0062】

実施形態では、スラリーは、タンク中で約２～約１０分、約５～約８分、約４～約６分、約３～約７分、または約２～約９分の滞留時間を有し得る。他の適切な滞留時間には、約２、３、４、５、６、７、８、９、または１０分が挙げられる。

【0063】

ブラックチャー除去のためのオゾン法
実施形態では、ブラックチャーは、ブラックチャー除去出発スラリーをオゾン処理に曝すことによって除去され得る。ブラックチャー除去出発スラリーは、前述の方法のいずれかから生じる精製形態の沈殿炭酸カルシウムであり得るか、またはそれを含み得る。ブラックチャー除去出発スラリーを攪拌しながら、オゾンへの曝露を行い得る。理論に拘束されることを意図しないが、オゾンはブラックチャーを二酸化炭素に酸化し、それが次いでガス流中で除去されると考えられている。

【0064】

ブラックチャー除去出発スラリーを通してオゾンを生成および流すための、任意の適切な装置を使用し得る。生成装置は、紫外線、放電または電気分解を使用し得る。オゾンは、流れる空気もしくは純粋な酸素、またはその２つの混合物の中で生成され得る。空気または酸素は、石灰泥スラリー１リットル当たり約０．１～約２リットル／分のオゾン含有ガスの流量で流され得る。例えば、毎分約１リットルの乾燥空気流を使用して、固形分１０％の石灰泥スラリー６７５ｍＬを処理し得る。空気または酸素流中のオゾンの濃度は、約２ｇ／ｍ^３～５０ｇ／ｍ^３、約２５ｇ／ｍ^３～約５０ｇ／ｍ^３、約５ｇ／ｍ^３～約１２ｇ／ｍ^３、約２ｇ／ｍ^３～約１５ｇ／ｍ^３、約８ｇ／ｍ^３～約１５ｇ／ｍ^３、または約３５ｇ／ｍ^３～約４５ｇ／ｍ^３の範囲内であり得る。他の適切な濃度には、約２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０ ３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８、および５０ｇ／ｍ^３が挙げられる。

【0065】

本プロセスは、液体とのガス接触を最大化するのに適した任意の攪拌機設計を使用して実施され得る。例えば、ラジアルフローまたはラシュトンインペラは、約１ｍ／秒～約５ｍ／秒の先端速度で使用され得る。オゾン反応は、高温および高ｐＨで実施され得る。例えば、４０℃の温度を使用できる。例えば、約４０℃～約８０℃、約５０℃～約６０℃、約４０℃～約６０℃、約５０℃～約７０℃、または約４５℃～約６５℃の温度が使用され得る。例えば、ｐＨ１０を超えるまたはｐＨ１１を超えるｐＨを使用し得る。オゾンとのより高い反応速度は、より高い温度とｐＨのこれらの条件で達成され、したがって、容器内でのより短い反応時間を可能にする。

【0066】

ブラックチャーを除去するための浮選法
実施形態では、ブラックチャーは浮選を使用して除去し得る。ブラックチャー除去出発スラリーは、発泡剤および浮選収集剤化合物と混合され得る。混合物は、１～１０分間の気流下で、泡が溢れるときに泡を収集しながら、約１５０ｍ／分～約５００ｍ／分、約２００ｍ／分～約３５０ｍ／分、約３００ｍ／分～約４００ｍ／分、または約１５０ｍ／分～約２５０ｍ／分の先端速度で混合され得る。ブラックチャーは、泡で取り除かれる。残りのテールスラリーは、精製沈殿炭酸カルシウムを含有していた。

【0067】

適切な発泡剤には、メチルイソブチルカルビノール（ＭＩＢＣ）、アミルアルコール、クレゾールおよびテルピネオールなど、５～１０個の炭素原子を有する炭化水素鎖を有する標準アルコールが挙げられる。ポリアルコキシエーテルおよびポリグリコールエーテルなどの他の発泡剤タイプも使用され得る。１つ以上の発泡剤の任意の組み合わせが使用され得る。発泡剤は、石灰泥の乾燥質量当たり１０～２５０ｐｐｍ、または約１０ｐｐｍ～約１００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約２５０ｐｐｍの発泡剤のレベルで使用され得る。他の好適な値は、石灰泥の乾燥重量当たり約１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０ ７５、８０、８５、９０、９５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５および２５０ｐｐの発泡剤が挙げられる。

【0068】

適切な浮選収集剤化合物には、灯油、またはディーゼル油などの他の油性の水と混和しない化合物が含まれる。収集剤は、石灰泥の乾燥質量当たり１００～１０００ｐｐｍ、２００～５００ｐｐｍ、約１５０～約３５０ｐｐｍ、または約７００ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍの収集剤で使用され得る。他の適切な値には、約１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５、２５０、２７５、３００、３２５、３５０、３７５、４００、４２５、４５０、４７５、５００、５２５、５５０、５７５、６００、６２５、６５０、６７５、７００、７２５、７５０、７７５、８００、８２５、８５０、８７５、９００、９２５、９５０、９７５、および１０００ｐｐｍの収集剤が挙げられる。

【0069】

空気の流れは、約１標準リットル／分（ＳＬＰＭ）～約６ＳＬＰＭ、約３ＳＬＰＭ～約５ＳＬＰＭ、約１ＳＰＬＭ～約２ＳＬＰＭ、または約４ＳＬＰＭ～約６ＳＬＰＭであり得る。他の適切な流量には、約１、１．２、１．４、１．６、１．８、２、２．２、２．４、２．６、２．８、３、３．２、３．４、３．６、３．８、４、４．２、４．４、４．６、４．８、５、５．２、５．４、５．８、および６ＳＬＰＭが挙げられる。

【0070】

本明細書の実施形態のいずれかにおいて、ブラックチャーの除去のためにさらに処理されるかどうかにかかわらず、沈殿炭酸カルシウム生成物および／またはスラリーは、沈殿炭酸カルシウムを所与の製紙用途用のフィラーとしておよび／または顔料として使用するための適切な配合物に配合するための任意の添加剤と混合され得る。

【実施例】

【0071】

実施例１：炭酸ナトリウムの熱熟成（ＨＡ）
石灰泥を処理して、出発物質と比較して減少した比表面積および減少した不純物含有量を有する沈殿炭酸カルシウム材料を得た。石灰泥ケーキを、パルプ工場からの廃棄生成物として得た。石灰泥ケーキを、１０～２０％の炭酸カルシウム固形分含有量で２５～３０％の炭酸ナトリウム溶液中にスラリー化した。特に、１ｋｇのスラリー中では、２００ｇのＣａＣＯ_３（２０％ＣａＣＯ_３）、２４０ｇのＮａ_２ＣＯ_３、５６０ｇのＨ_２Ｏ（３０％Ｎａ_２ＣＯ_３）。

【0072】

次に、スラリーを１００℃で８時間加熱熟成して、混合塩であるピルソナイト（Ｎａ_２Ｃａ（ＣＯ_３）_２・５Ｈ_２Ｏ）を形成した。熱熟成工程なしのプロセスの比較を実施し、結果を以下の表に概説する。

【0073】

次いで、ブフナー漏斗および紙を使用した真空濾過により、スラリーを濾過するか、または固相および液相に分離した。ブフナー漏斗内で、ケーキを３部分の水で洗浄したが、各部分は、元の石灰泥ケーキの固形質量と等しかった。固形分を、除去した水で洗浄してナトリウム塩を除去したが、これは、任意選択で、プロセスの開始にリサイクルされ得る。この洗浄はまた、ピルソナイトを分解してＣａＣＯ_３およびＮａ_２ＣＯ_３に戻した。

【0074】

化学分散剤としてナトリウムポイル（アクリル酸）を使用して、ＣａＣＯ_３固形物を分離し、固形分３５％で水中に分散させた。分散剤を使用して、スラリーの粘度を、１００ｒｐｍで約１００ｃｐｓ未満のブルックフィールド粘度まで低下させた。

【0075】

粉砕したスラリーのｐＨを、約９のｐＨに調整した。

【0076】

炭酸ナトリウム溶液をリサイクルするには、溶解したシリカを最初に除去し、洗浄水を分離する必要がある。シリカは、次のいずれかによって除去され得る。１）二酸化炭素ガスでｐＨを約９．５に低下させて沈殿したシリカを形成し、次にこれを濾別するか、または、２）アルミン酸ナトリウム溶液を用いたアルミノシリケートとしての沈殿、これもまた濾別される。水は、蒸発または逆浸透などの膜プロセスによって除去され得る。

【0077】

熱熟成によって形成された、得られた沈殿炭酸カルシウムは、熟成工程なしの処理と比較して、比表面積および存在する二酸化ケイ素の量の有意な減少を示した。

【表1】

【0078】

実施例２：相分離を使用した不純物の除去
パルプ工場からの廃棄生成物として得られた石灰泥ケーキを、固形分２０％で水中にスラリー化した。洗浄サイクルを備えたフィルタープレスを使用してスラリーを処理し、パルプミルから過剰の白液を除去した。フィルタープレスを使用して、最初に２０％固形分のスラリーからケーキを形成し、次いで、水をケーキに通した。洗浄サイクルを、乾燥固形物の質量の４倍の量の水を使用して実施した。

【0079】

洗浄したケーキを、化学分散剤としてポリ（アクリル酸）ナトリウムを使用して、固形分２０％で水に分散させた。得られた分散スラリーは、１００ｒｐｍで約１０ｃｐｓの粘度を有していた。

【0080】

次いで、分散スラリーを約１５％の二酸化炭素含有量の燃焼排ガスでガス処理して、ｐＨを約１０．５のｐＨに下げた。

【0081】

次いで、ｐＨ調整されたスラリーを、紙の充填またはコーティング顔料として使用するのに適切な所望の粒子径に粉砕した。本実施例では、ｐＨ調整されたスラリーを、連続的にかつその中を通るシングルパスで運転する垂直メディアミルを使用して粉砕した。得られた粉砕メジアン粒子径は、約３．５ミクロンであった。

【0082】

粉砕したスラリーのｐＨを、二酸化炭素ガスで９．５のｐＨにガス処理することによって再び調整した。次いで、スラリーを１４００～１５００ｒｐｍで連続的に遠心分離し（表を参照）、４．８～８．４分の滞留時間で７１３または８１９ｇのｇ力を得た。微粒子不純物を含有する遠心分離物を除去し、精製された生成物を含有するペーストを、さらなる処理のために分離した。

【0083】

上記の方法で４つのサンプルを調製し、各サンプルから得られたペーストは、下の表に示される固形分含有量を有していた。得られた沈殿炭酸カルシウムは、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、および鉄などの不純物元素の大幅な削減を有した。出発窯石灰泥と比較した、比表面積およびＳｉＯ_２含有量の減少を以下に示す。

【表2】

【0084】

実施例３：粉砕前の石灰泥の相分離を使用した不純物の除去
パルプ工場からの廃棄生成物として得られた石灰泥ケーキを、固形分２０％で水中にスラリー化した。洗浄サイクルを備えた水平フィルタープレスを使用して、液相中の過剰な白液を除去するためにスラリーを処理した。フィルタープレスを使用して、最初に２０％固形分のスラリーからケーキを形成し、それによって６５％固形分のケーキを得、次いで、水をケーキに通した。洗浄サイクルを、乾燥固形物の質量の４倍の量の水を使用して実施した。

【0085】

得られた洗浄ケーキを固形分２３％で水中にスラリー化し、次いで、燃焼排ガスを含有する二酸化炭素でガス処理することにより、ｐＨを１０．９に下げるように処理した。

【0086】

次いで、ｐＨ調整されたスラリーを１３００ｒｐｍで連続的に遠心分離して、表に示されるように滞留時間を変化させて６１５のｇ力を得た。微粒子不純物を含有する遠心分離物を除去し、さらなる処理のために、精製された生成物を含有するペーストを分離した。

【0087】

得られた遠心ペーストを、分散剤としてポリ（アクリル酸）ナトリウムを使用して、固形分３０％で水に分散させた。分散スラリーのブルックフィールド粘度は、１００ｒｐｍで１３ｃｐｓであった。以下の表に示すように、上記の方法で４つのサンプルを調製した。

【0088】

得られた生成物は、より少ないケイ素、アルミニウム、マグネシウムおよび鉄などの不純物元素を有した。また、それは、低減されたケイ酸カルシウム、ハイドロタルサイトおよびブラックチャーなどの不純物相、ならびにより低い比表面積も有した。

【表3】

【0089】

実施例４：重力沈降を使用した不純物の除去
粉砕後に遠心分離の代わりに重力沈降プロセスを利用したことを除いて、実施例２のプロセスを繰り返した。特に、実施例２の遠心分離工程は、以下に特定される示された液体の高さおよび沈降時間で試験管円筒形容器内に沈降することを可能にすることによって置き換えられた。指定された沈降時間の後、上層を流し出し、除去し、下層を試験した。

【0090】

重力沈降法により、比表面積がいくらか減少した。これは、シリケートなどの不純物の減少が原因であると考えられていた。

【表4】

【0091】

実施例４：石灰泥から不純物を除去するための浮選
パルプ工場からの廃棄生成物として得られた石灰泥ケーキを、固形分２０％で水中にスラリー化した。次いで、スラリーを純粋な二酸化炭素でガス処理して、ｐＨを表に示されているｐＨ値まで下げた。

【0092】

シリケート特有の浮選収集として、Ｆｌｏｔｉｇａｍ（登録商標）３１３５（ＣＬＡＲＩＡＮＴ）またはＣｕｓｔＡｍｉｎｅ（登録商標）１２０８（ＡＲＲＭＡＺ）をｐＨ調整されたスラリーに添加した。下の表は、石灰泥の乾燥質量に基づく投与量を示している。

【0093】

次いで、スラリーを水で８重量％の固形分に希釈し、浮選セルシステムによって処理して、シリケート粒子不純物を含有する濃縮泡および精製された生成物を含有するテールスラリーが得られた。

【0094】

次いで、テールスラリーを濾過して、真空フィルターおよび紙を使用して液相中の過剰な可溶性塩を除去した。処理の結果、精製されたＣａＣＯ_３を含有するペーストが得られた。

【0095】

得られた生成物は、ケイ素、アルミニウム、マグネシウムおよび鉄などの不純物の少ない元素を含有していた。また、ケイ酸カルシウムおよびハイドロタルサイトなどの不純物相が減少し、比表面積が低くなった。下の表は、この方法で達成されたＳｉＯ_２の削減を示す。

【表5】

【0096】

実施例５：液体サイクロン処理によるブラックチャーの除去
水中の３０％炭酸カルシウム、分散剤としてのナトリウムポリル（アクリル酸）、およびブラックチャー不純物からなる最終生成物スラリーをさらに処理して、ブラックチャー不純物を除去した。スラリーの粘度は４０ｃｐｓであった。スラリーを、４つの液体サイクロン（ＨＣ）を含む装置により処理した。スラリーを通過させるにつれて、ブラックチャー不純物がスラリーの上部に浮き、精製された回収生成物から処理または分離され得る（図２を参照）。各ＨＣのオーバーフロー（軽い粒子）およびアンダーフロー（重い粒子）は、次のように次のＨＣに流れる。

【表6】

【0097】

定性的観察により、ＨＣ２アンダーフローは供給生成物よりもブラックチャーが少ないことが示された。

【0098】

実施例６：トラップタンクによるブラックチャーの除去
図１Ａおよび１Ｂに図示するトラップタンクを使用して、水中の３４．８％の炭酸カルシウム、分散剤としてのナトリウムポイル（アクリル酸）、およびブラックチャー不純物を含有する最終生成物のスラリーから、ブラックチャーを分離した。スラリーを、１００ｒｐｍで２０ｃｐｓのブルックフィールド粘度を有していた。

【0099】

トラップタンク内の供給ラインは、ブレード上のスラリーの保持時間を最大化するために、攪拌機の中心近くのスラリーレベルのすぐ上に配置された。トラップタンク内で一定のレベルが維持されるように、供給ポンプおよび生成物フローポンプを調整した。供給ストリームおよび生成物フローストリームには、ダブルヘッド蠕動ポンプを使用した。

【0100】

トラップタンクをオーバーフローポートに充填するために供給ストリームが開始され、ダブルヘッドポンプを使用して、充填中に生成物ラインがトラップタンクにリサイクルされた。下の表に概説されるように、攪拌機の電源を入れ、ｒｐｍに設定した。以下の表に同定されるように、いくつかの実験では空気流が供給された。下の表に図示されるように、空気流が分離を助けることは見出されなかった。この表は、運転時間も示す。各実験では、供給ストリームおよび生成物ストリームは、約３回の保持回数にわたって流れた。最後の通過後、生成物を、清浄なビーカー中に集めた。ビーカー中の生成物を観察して、トラップタンクおよびオーバーフロータンクと比較した、生成物に存在するブラックチャーの量を定性的に決定した。

【0101】

全ての運転は、内径４．９インチの１．６５リットルのトラップタンクと、直径４．８インチのフラットブレードまたは直径４．０インチのカウルズブレード攪拌機のいずれかを使用する。これらの運転は、低ｒｐｍの攪拌および遅い供給速度の必要性を示す。

【表7】

【0102】

実施例６：オゾン処理でブラックチャーを除去
水で希釈することにより、石灰泥から１０％固形分の石灰泥スラリーを調製した。

【0103】

約６２５ｍｌの石灰泥スラリーを、Ｒ１００攪拌機用の穴を蓋に開け、かつＳＳチューブによりオゾンを供給するための別の穴を上部に開けた１リットルのボトルに注いだ。スラリーを、７３０ｒｐｍで混合した。乾燥空気シリンダーのバルブを開いて、１０ｐｓｉの圧力でオゾン発生器に供給した。乾燥空気流を、１ｌｐｍで供給した。オゾン発生器（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから購入したモデル１ＫＮＴ）を、１００％のオゾンレベルで運転した。理論に拘束されることを意図しないが、オゾンはブラックチャーと反応してそれを二酸化炭素に酸化し、次いでそれがガス流で除去されると考えられている。

【0104】

処理後、ハンターおよびＩＳＯの乾燥明度を試験し、スラリー面の写真をカメラで撮影し、ＩｍａｇｅＪソフトウェアを使用して％ブラックスポット面積を決定した。ＴＧＡ－ＤＳＣ分析を実施した。

【表8】

【0105】

実施例７：浮選を使用してブラックチャーを除去
固形分約７０％のフィルターケーキを水で希釈することにより、固形分１０％の石灰泥スラリーを作製した。

【0106】

２００または５００ｐｐｍの灯油収集剤をスラリーに加え、２分間混合した。

【0107】

次いで、１００または２５０ｐｐｍのＭＩＢＣ（メチルイソブチルカルビノール）発泡剤を添加し、混合物を０．５分間混合した。

【0108】

次いで、混合物を、毎分４標準リットルの空気流下で、２０００または１５００ｒｐｍで混合した。泡が溢れたときに泡を集めながら、５分または１０分間にわたって混合を続けて通気した。

【0109】

集められた泡を、ブラックチャー含有量の指標としての明度について試験した。残りのテールスラリーは、減少したブラックチャーを有する精製ＣａＣＯ_３を含有していた。

【表9】

【0110】

「ａ」または「ａｎ」の使用は、本明細書の実施形態の要素および構成要素を説明するために用いられる。これは、単宜上、且つ説明の一般的な意味を与えるために行われる。この記述は、１つまたは少なくとも１つを含むと読み取るべきであり、別の意味であることが明らかでない限り、単数形は複数形も含む。

【0111】

なおさらに、これらの図は、例示の目的のみの好ましい実施形態を示す。当業者は、以下の考察から、本明細書に記載の原理から逸脱することなく、本明細書に例示される構造および方法の代替の実施形態を用い得ることを容易に認識するであろう。

【0112】

したがって、特定の実施形態および適用が図示され、説明されているが、開示された実施形態は、本明細書に開示された正確な構造および成分に限定されないことを理解されたい。当業者には明らかとなる、様々な修正、変更、および変形が、添付の特許請求の範囲で定義される趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書で開示される方法および装置の構成、動作、および詳細において行われ得る。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】