Ультратонкодисперсная композиция известкового молока

Ультратонкодисперсная композиция известкового молока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение предлагает композицию известкового молока, содержащую частицы гашеной извести, суспендированные в водной фазе, и способ ее изготовления.

Суспензии частиц гашеной (гидратированной) извести, иногда называемые также «известковое молоко», «пена на известковом молоке» или «известковый раствор», широко используемые в промышленности как реагенты в многочисленных приложениях, в частности, для нейтрализации отработавшего выпускаемого потока воды или кислоты, регулирования кислотности и минерализации пригодной для питья (питьевой) воды, нейтрализации химических реакций, например, таких как синтез этиленоксида или пропиленоксида, в качестве источника кальция или для осаждения, в синтезе витамина C, лимонной кислоты и осажденного карбоната кальция (PCC), или также в качестве адсорбента в процессах обессеривания и удалении кислых газов, таких как хлористый водород (HCl), в топочных газах.

Такие суспензии частиц гашеной извести или известковое молоко обычно получают гашением негашеной извести большим избытком воды или изготовления порошка суспензии гашеной извести. Получаемые в результате частицы состоят в основном из гидроксида кальция.

Такая гашеная известь или гидроксид кальция может, очевидно, содержать примеси, то есть фазы, образованные из SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO, P₂O₅, K₂O и/или SO₃, содержание которых обычно составляет десятки граммов на килограмм. Тем не менее, количество этих примесей в пересчете на перечисленные выше оксиды, не превосходит 5%, предпочтительно 3%, предпочтительно 2% или даже 1% массы неорганического минерального наполнителя согласно настоящему изобретению. В частности, гашеная известь предпочтительно содержит менее чем 1,0 масс.% Fe₂O₃, предпочтительно менее чем 0,5 масс.% и предпочтительно менее чем 0,3 масс.% Fe₂O₃.

Упомянутая выше гашеная известь может также содержать оксид кальция, который не подвергался гидратации в процессе гашения, равно как она может содержать и карбонат кальция CaCO₃. Карбонат кальция может представлять собой необожженный остаток исходного известняка, из которого производится гашеная известь согласно настоящему изобретению, или продукт реакции частичной карбонизации гашеной извести в контакте с воздухом. Содержание оксида кальция в гашеной извести согласно настоящему изобретению составляет, как правило, менее чем 3 масс.%, предпочтительно менее чем 2% и предпочтительнее менее чем 1%. Содержание карбоната кальция составляет менее чем 10 масс.%, предпочтительно менее чем 6 масс.%, предпочтительнее менее чем 4 масс.% и еще предпочтительно менее чем 3 масс.%.

Упомянутая выше гашеная известь может также содержат оксид магния MgO или производные фазы таких типов, как Mg(OH)₂ или MgCO₃, которые составляют в целом десятки граммов на килограмм. Тем не менее, количество этих примесей в пересчете на MgO не превышает предпочтительно 5%, предпочтительно 3%, предпочтительно 2% или даже 1% массы неорганического минерального наполнителя согласно настоящему изобретению.

Факторы, ограничивающие использование известкового молока по сравнению с другими потенциальными реагентами, как правило, связаны с его вязкостью и скоростью реакции или нейтрализации в используемой реакционной среде.

Вполне понятно, что высокая скорость реакции является предпочтительной, поскольку она позволяет осуществлять ускоренные способы и, таким образом, сокращенные периоды обработки, и в промышленном масштабе становится возможным использование имеющего меньшие размеры и, вероятно, меньшую стоимость оборудования для реакции и/или промышленного оборудования, имеющего повышенную производительность. Кроме того, в определенных процессах часто требуется заданная минимальная скорость реакции для получения продукта, имеющего желательные качественные характеристики.

К сожалению, вязкость, как правило, представляет собой фактор, ограничивающий эффективное использование тонкодисперсного известкового молока. По существу, суспензию необходимо перекачивать, чтобы перемещать ее из одной точки в другую и дозировать, что является затруднительным в случае высоковязких суспензий. Кроме того, высоковязкие суспензии, как правило, уменьшают качество диспергирования, что влияет на скорости реакции, наблюдаемые в таких приложениях, поскольку требуется больше времени и энергии, чтобы диспергировать частицы гашеной извести в реакционной среде.

Вязкость и скорость реакции известкового молока представляют собой два количественных параметра, которые связаны с размером частиц. Частицы, имеющие меньшие размеры, как правило, обеспечивают более высокие скорости реакции, но при этом из них образуются высоковязкие суспензии, особенно при увеличении содержания твердых частиц.

Скорость реакции частиц гашеной извести обычно связана со скоростью растворения частиц гашеной извести или гидроксида кальция, которая увеличивается, когда увеличивается внешняя поверхность частиц, и, таким образом, уменьшается размер частиц. В силу такой же логики вязкость увеличивается при увеличении содержания твердых частиц и уменьшении размера частиц. Это, как правило, объясняется тем, что увеличивается содержание частиц в единице объема. Таким образом, при увеличении числа частиц они становятся ближе друг к другу и, следовательно, взаимодействуют друг с другом и с водой. Некоторые авторы рассматривают такие взаимодействия как представляющие собой, главным образом, силы притяжения вследствие малого поверхностного заряда частиц гашеной извести и их способности образовывать водородные связи с молекулами воды. Эти взаимодействия тогда приводят к увеличению сцепления в суспензии и, таким образом, к увеличению ее вязкости.

Согласно настоящему изобретению, необходимо различать реакционную способность известкового молока, которая представляет собой скорость растворения частиц гидратированной извести, от реакционной способности негашеной извести, которая представляет собой скорость реакции негашеной извести и воды с образованием гашеной извести и, таким образом, например, известкового молока.

По существу, реакционная способность негашеной извести, как правило, характеризуется и измеряется согласно процедуре, описанной в европейском стандарте EN459-2, и часто выражается количественно как t₆₀, т.е. время нагревания объема воды, составляющего 600 см³, от исходной температуры 20°C до 60°C после добавления 150 г негашеной извести.

Что касается реакционной способности известкового молока, для целей настоящего изобретения она характеризуется согласно работе van Eekeren и др., описанной в докладе «Улучшенное известковое молоко для умягчения питьевой воды», авторы M. W. M. van Eekeren, J. A. M. van Paassen, C. W. A. M. Merks, отдел исследований и консультаций KIWA NV, Ньювегейн, сентябрь 1993 г., производство и распространение отдела исследований и консультаций Королевского исследовательского института воды (KIWA NV Research and Consultancy, адрес: дом 7, Гронингенхавен, п.я. 1072, Ньювегейн, 3430BB, Нидерланды).

Для целей настоящего изобретения описанная процедура была усовершенствована таким образом, чтобы повысить точность и воспроизводимость результатов, и испытана на множестве различных композиций известкового молока.

Согласно настоящему изобретению, скорость растворения гашеной извести в деионизированной воде измеряется в форме увеличения электропроводности раствора в условиях, в которых раствор остается ниже точки насыщения по отношению к гидроксиду кальция. Для приготовления раствора, который остается ниже точки насыщения, 0,1 г гидратированной извести добавляют в 700 г воды при 25°C, что позволяет раствору оставаться ниже точки насыщения по отношению к гидроксиду кальция, растворимость которого составляет приблизительно 1,5 г/л при 25°C (см. например, работу «Растворимости неорганических и металлоорганических соединений», авторы A. Seidell и W. F. Linke, издательство van Nostrand, 1953 г., т. 2, с. 631).

Для достижения упомянутой выше требуемой точности и воспроизводимости измерений изготавливают 500 г исследуемой суспензии, содержащей 2 масс.% гашеной извести, т.е. 10 г гашеной извести в 490 г воды. Эту суспензию и 700 г деионизированой воды термостатируют точно при 25°C. Ячейка для измерения электропроводности, имеющая время отклика, составляющее 0,05 с или менее, используется для автоматической записи посредством регистратора данных электропроводности образца, содержащего 700 г деионизированной воды, который интенсивно перемешивается в процессе измерения, например, при скорости, составляющей 450 об/мин, с помощью мешалки в виде пропеллера на стержне, имеющей диаметр 30 мм.

В начале измерения 5 см³ из 500 г суспензии вводят в образец, содержащий 700 г деионизированной воды, и определяют значение электропроводности с течением времени до тех пор, пока оно не становится устойчивым, достигая, таким образом, максимального уровня. Время до достижения этой максимальной электропроводности после начала измерения обозначается как t₁₀₀. Аналогичным образом, t₉₀ определяется как время до достижения 90% максимальной электропроводности. Именно получаемое значение t₉₀ рассматривается как представляющее собой реакционную способность известкового молока. Процедура измерения реакционной способности известкового молока описана более подробно в разделе 6.11 «Определение коэффициента растворимости по электропроводности» стандарта EN 12485:2010.

Таким образом, согласно настоящему изобретению, считается, что реакционная способность известкового молока является высокой, если значение t₉₀ составляет менее чем или равняется 10 с.

Документ, озаглавленный «Исследования свойств частиц суспендированной гидратированной извести», авторы U. Wittneben и др., Zement-Kalk-Gips (Цемент, мел, гипс), издание B, 1980 г., т. 33. № 10, с. 526-534, издательство Forschungsgemeinschaft des Verbands der Deutschen Kalkindustrie (Исследовательская ассоциация немецкой известковой промышленности), также описывает, что различия форм частиц, размеров частиц и распределение частиц по размерам играют значительную роль в определении вязкости известкового молока. Это дополнительно подтверждают в своей работе Rodriguez-Navarro и др. «Микроструктура и реология известкового теста», E. Ruiz-Agudo и C. Rodriguez-Navarro, Langmuir: ACS Journal of Surfaces and Colloids (Журнал поверхностей и коллоидов Американского химического общества), 2010 г., т. 26, № 6, с. 3868-3877. В этом документе на фиг. 4a, который следует рассматривать вместе с фиг. 4b, можно наблюдать профиль размеров частиц, вычисленный путем цифрового анализа изображений, полученных методом просвечивающей электронной микроскопии (TEM), в котором обязательно обнаруживаются только частицы, размеры которых составляют от 0,01 мкм до 1 мкм, а остальные частицы проиллюстрированы на фиг. 4b, на которой представлен многомодальный профиль. Упомянутые выше авторы исследовали суспензии, изготовленные из извести, имеющей различное происхождение, и сделали вывод о существовании связи между реакционной способностью негашеной извести и размером, устойчивостью, а также взаимодействием частиц гашеной извести в суспензии.

Кроме того, авторы смогли коррелировать влияние формы, устойчивости и взаимодействий частиц на вязкость суспензии, а также на поведение частиц гашеной извести суспензии или известкового молока при флокуляции и агломерации.

Поскольку агломерация и образование хлопьев из частиц гашеной извести изменяют видимый размер частиц и распределение по размерам частиц гашеной извести, логично сделать вывод, что агломерация и образование хлопьев из частиц гашеной извести также изменяет внешнюю поверхность частиц, которая сама связана с реакционной способностью известкового молока.

В заключение, известковое молоко, изготовленное из извести разнообразного происхождения и имеющее различные значения реакционной способности, обычно проявляет, даже в случае одинаковых условий гашения, различные реологические свойства и реакционные свойства. Кроме того, поскольку реакционная способность негашеной извести, как правило, зависит от типа печи, используемой для обжига известняка и производства негашеной извести, тип печи также играет роль в определении свойств известкового молока, помимо влияния происхождения известняка.

Таким образом, замена негашеной извести, изготовленной на конкретном предприятии и имеющей характеристики, которые определяет определенное сочетание происхождения известняка, типа используемой печи и реакционной способности негашеной извести, негашеной известью, изготовленной на другом конкретном предприятии и имеющей характеристики, которые определяет другое сочетание, включающее другое происхождение известняка, другой тип используемой печи и другую реакционную способность негашеной извести, может приводить к возникновению значительных изменений свойств известкового молока. Это должно обязательно создавать последствия в отношении промышленного применения данного известкового молока.

Другими словами, использование известкового молока для конкретного применения не только осуществляется с целью выбора допустимого компромисса между приемлемой вязкостью и требуемой реакционной способностью известкового молока, но также означает, что условия, применяемые для изготовления такой известковой суспензии, можно использовать для ограниченного числа или, возможно, для единственного источника поставляемой на продажу извести. В крайнем случае, это означает, что существует единственный источник, который является технически возможным и экономически целесообразным для изготовления известкового молока, проявляющего конкретные свойства вязкости и заданную скорость реакции.

Таким образом, существует действительная потребность в разработке известкового молока, свойства которого были бы оптимальными и устойчивыми, независимо от источника известняка и используемого способа обжига.

В отношении данной задачи, в литературе описано известковое молоко, имеющее свойства, которые оптимизированы для конкретных приложений.

Документы WO 96/23728, DE 2714858, DE 4447321 A1, JP 2007/031212 A, CN 201316654 Y, SU 1186248 A, EP 1039964 B1 и SE 870408 описывают способы обработки известкового молока, в которых свойства этих суспензий оптимизируются для разнообразных приложений посредством деагломерации и даже измельчения известкового молока, что делает возможным получение уменьшенного размера частиц с использованием различных типов оборудования, которое иногда может быть весьма дорогостоящим.

Даже несмотря на то, что упомянутые выше документы описывают способы эффективного повышения реакционной способности известкового молока, соответствующий результат представляет собой, тем не менее, отрицательное воздействие на вязкость известкового молока, получаемого известными способами. Кроме того, во многих случаях авторы компенсируют это увеличение вязкости посредством разбавления, при котором уменьшается содержание твердых частиц, что никоим образом не является предпочтительным для многих приложений, поскольку при этом неизбежно увеличивается количество вводимой воды, что приводит к уровням разбавления, которые являются чрезмерно высокими для многочисленных приложений.

Кроме того, в этих документах, относящихся к предшествующему уровню техники, не учитывается влияние, которое производят происхождение известняка, тип используемой печи и реакционная способность получаемой гидратированной извести, и, таким образом, не упоминаются какие-либо решения, обеспечивающие компенсацию изменений, вызываемых этим влиянием.

Например, согласно документу DE 27148858, во время промышленной эксплуатации было продемонстрировано, что предлагаемый способ и соответствующее оборудование функционировали надежным образом, и в результате этого обеспечивалось надлежащее качество известкового молока только в том случае, когда использовалась порошкообразная негашеная известь сверхвысокого качества, имеющая сверхвысокую чистоту и однородную реакционную способность, что в значительной степени осложняло осуществление описанного процесса.

Другие сорта извести сверхвысокой чистоты и очень хорошего качества были описаны и использованы для изготовления имеющего высокую реакционную способность известкового молока, содержащего тонкодисперсные частицы. Согласно документу CN 201316654 или документу EP 1039965, гашение высокочистой извести осуществляется в шаровой мельнице.

К сожалению, для этих технологий требуется использование источника очень чистой негашеной извести, что, таким образом, препятствует изготовлению имеющего широкую промышленную применимость продукта вследствие высокой стоимости и ограниченной доступности.

Согласно документам SU 1186248, JP 2007/031212 и SE 870408, высокочистая негашеная известь используется для изготовления суспензии, содержащей ультратонкодисперсные частицы гашеной извести. В описанном способе добавляется стадия разделения по размеру, чтобы устранить инертный материал из получаемой суспензии частицы гашеной извести.

К сожалению, упомянутые выше известные в уровне техники технологии в высокой степени зависят от реакционной способности негашеной извести, и их основной недостаток представляет собой необходимость грохочения или просеивания суспензии частиц негашеной извести, имеющей очень высокую вязкость и состоящей из тонкодисперсных частиц.

Документ JP 2007/031212 описывает еще одну известную технологию, позволяющую компенсировать отрицательное воздействие увеличения вязкости, в именно использование диспергирующих добавок, действие которых вызывает отталкивание между частицами гашеной извести, и, таким образом, уменьшается вязкость получаемой в результате суспензии (см. также документ US2004/0258612).

К сожалению, эти добавки во многих случаях оказываются нежелательными для конечного пользователя, поскольку они приводят к введению «примесей» в известковое молоко и, таким образом, в процесс конечного пользователя или в конечный продукт, не говоря о том, что иногда следует учитывать активное взаимодействие диспергирующего вещества и процесса или конечного применения, которое обусловлено, главным образом, активной поверхностью большинства этих добавок.

Кроме того, на практике известно уменьшение удельной площади поверхности частиц в целях уменьшения вязкости (см. документ WO2005/014483).

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы преодолеть недостатки предшествующего уровня техники посредством изготовления ультратонкодисперсного известкового молока, имеющего высокую реакционную способность и низкую вязкость, в котором может быть использован любой источник негашеной извести, без обращения к использованию специальных добавок, таких как диспергирующие вещества.

Чтобы решить эту задачу, согласно настоящему изобретению, поставлена цель изготовления имеющей высокую реакционную способность композиции известкового молока, содержащая частицы гашеной извести в водной фазе суспензии, которая отличается тем, что вышеупомянутые частицы гашеной извести представляют собой частицы гашеной извести, которые имеют размер, описываемый профилем распределения частиц по размерам, который является узким и мономодальным, где разность между d₉₀ и d₁₀ составляет менее чем или равняется 15 мкм.

Согласно настоящему изобретению, термины «узкий профиль распределения» или «узкий профиль распределения частиц по размерам» следует понимать как означающие, что разность между d₉₀ и d₁₀ составляет менее чем или равняется 15 мкм, предпочтительно составляет менее чем или равняющийся 10 мкм. Обозначение d_x, где 0<x≤100, представляет собой диаметр, выраженный в микронах, по отношению к которому x% частиц имеют меньший диаметр.

Таким образом, продукт согласно настоящему изобретению содержит в качестве основы ультратонкодисперсное известковое молоко, у которого профиль распределения частиц по размерам является узким и мономодальным (где ширина распределения профиля d₉₀ - d₁₀ ≤ 15 мкм), другими словами, который имеет единственный узкий пик, соответствующий единственному интервалу размеров частиц гашеной извести. Таким образом, частицы гашеной извести имеют высокую реакционную способность (скорость растворения) вследствие их тонкодисперсности, в то время как их реакционное поведение является однородным вследствие однородности размера получаемых частиц.

По существу, традиционное известковое молоко, как правило, имеет профиль распределения частиц по размерам, который является многомодальным (имеет множество пиков) и, таким образом, включает несколько групп частиц гашеной извести. Эти различные группы частиц, как правило, состоят из тонкодисперсных фракций, имеющих повышенную реакционную способность, и крупнодисперсных фракций, имеющих пониженную реакционную способность. Кроме того, могут присутствовать и другие промежуточные фракции в зависимости от наблюдаемых мод профиля распределения частиц по размерам.

Эти промежуточные фракции реагируют, проявляя различные скорости реакции. Такое распределение поведения в процессе реакции вследствие различных скоростей реакции приводит к тому, что у реакционного поведения (реакционной способности) известкового молока отсутствует однородность, что является проблематичным для многочисленных приложений, как упомянуто выше в настоящем документе. Приложения, которые являются зависимыми от скорости растворения известкового молока, включают, в качестве примера, однако без какого-либо ограничения, быстрые процессы нейтрализации, в частности, процессы изготовления осажденного карбоната кальция (PCC), процессы синтеза химических продуктов, таких как этиленоксид или пропиленоксид, или даже процессы обработки топочного газа.

Имеющее высокую реакционную способность известковое молоко, у которого профиль распределения частиц по размерам является узким и мономодальным, согласно настоящему изобретению, не проявляет какого-либо распределения скорости реакции. С другой стороны, композиция известкового молока согласно настоящему изобретению реагирует однородным образом вследствие однородного распределения частиц гашеной извести в реакционной среде, что обуславливает узкий и мономодальный профиль распределения частиц по размерам и, таким образом, однородность размера частиц.

Например, известно, что в изготовлении PCC частицы Ca(OH)₂, имеющие профиль распределения частиц по размерам, который является более широким, приводит к профилю распределения частиц по размерам для PCC, который также является более широким, что никоим образом не является предпочтительным, поскольку одно из преимуществ PCC по отношению к измельченному карбонату кальция представляет собой именно узкое распределение частиц по размерам.

Известковое молоко согласно настоящему изобретению, имеющее узкий и мономодальный профиль распределения частиц по размерам, делает возможным достижение именно этого узкого профиля распределения частиц по размерам в изготовлении PCC, и в результате этого повышается его качество.

Еще один пример может представлять собой использование известкового молока в изготовлении пропиленоксида, которое идеально иллюстрирует важность имеющей высокую и однородную реакционную способность извести в качестве реагента в химических реакциях. Пропиленоксид синтезируют на промышленной основе, главным образом, для изготовления эпоксидных смол. В процессе стадий этого синтеза реагируют дихлоргидрин (ClH₂C-CHOH-CH₂Cl) и гидроксид (гидроксид натрия или предпочтительно гидроксид кальция) в эпихлоргидрине (H₃C₂O-CH₂Cl) с образованием эпоксидной группы (C₂O).

Эта реакция должна быть быстрой, поскольку эпихлоргидрин проявляет тенденцию к реакции с водой из реакционной среды, в которой образуется монохлоргидрин (CH₂OH-CHOH-CH₂Cl) и затем глицерин (CH₂OH-CHOH-CH₂OH), который разрушает эпоксидные группы. Таким образом, для приложения данного типа важна возможность присутствия имеющего высокую реакционную способность известкового молока для получения высоких выходов в реакции, а также возможность извлечения образующегося эпихлоргидрина из реакционной среды с максимально возможной скоростью. Это можно осуществлять только на следующей стадии процесса, и это означает, что удаление эпихлоргидрина можно осуществлять только после окончания реакции образования эпихлоргидрина таким образом, чтобы предотвращать присутствие непрореагировавшего дихлоргидрина. По существу, присутствие остаточного непрореагировавшего дихлоргидрина наносило бы ущерб суммарной эффективности и выходу реакции образования эпихлоргидрина, если бы он оставался в форме примеси в течение процесса.

Таким образом, известковое молоко согласно настоящему изобретению является идеальным кандидатом для процесса изготовления эпихлоргидрина, поскольку он проявляет скорость реакции, которая оказывается очень высокой вследствие его ультратонкодисперсности и однородности, обусловленной его узким и мономодальным профилем распределения частиц по размерам.

Предпочтительно частицы имеют размер частиц d₉₈ менее 10 мкм и/или менее 1,5 мкм, и/или менее 1 мкм согласно измерениям методом седиментации (например, с помощью устройства Sedigraph от компании Micromeritics).

В качестве альтернативы, вышеупомянутые частицы имеют размер d₉₈, составляющий менее чем или равняющийся 10 мкм и/или размер d₅₀, составляющий менее чем или равняющийся 3 мкм, предпочтительно, составляющий менее чем или равняющийся 2,5 мкм, в частности, составляющий менее чем или равняющийся 2 мкм, и/или размер d₁₀, составляющий менее чем или равняющийся 1 мкм, а также размер d₂₅, предпочтительно составляющий менее чем или равняющийся 1,5 мкм, в частности, составляющий менее чем или равняющийся 1 мкм, согласно измерениям методом лазерной дифракции.

Как можно видеть по приведенным выше значениям размеров частиц, эти частицы являются очень тонкодисперсными, а также представляют узкий и мономодальный профиль распределения частиц по размерам, что противоречит описанию в документе EP0943590.

Предпочтительным является размер частиц d₁₀, составляющий более чем или равняющийся 0,1 мкм, согласно измерениям методом лазерной дифракции, и в этом заключается отличие от традиционного известкового молока, которое не является настолько тонкодисперсным. Согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения, композиция гашеной извести имеет вязкость, составляющую менее чем 350 мПа⋅с (миллипаскаль-секунд), предпочтительно менее чем 250 мПа⋅с, предпочтительнее менее чем 200 мПа⋅с и еще предпочтительнее менее чем 100 мПа⋅с, согласно измерению стандартным реометром Брукфильда (Brookfield) DV-III, оборудованном шпинделем 3 или 63, при скорости вращения, составляющей 100 об/мин.

Предпочтительная композиция представляет собой суспензию гашеной извести в форме известкового молока, имея содержание твердых частиц, составляющее более чем или равняющееся 2%, предпочтительно составляющее более чем или равняющееся 5%, предпочтительнее составляющее более чем или равняющееся 10%, в частности, составляющее более чем или равняющееся 12%, особенно предпочтительно составляющее более чем или равняющееся 15% по отношению к суммарной массе суспензии. Как правило, композиция согласно настоящему изобретению представляет собой суспензию (взвесь) гашеной извести, имея содержание твердых частиц, составляющее менее чем или равняющийся 30%, в частности, составляющий менее чем или равняющийся 25%.

Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, частицы гашеной извести имеют такую скорость растворения в дистиллированной воде, измеряемую методом института KIWA, что 90% частиц гашеной извести растворяются в течение менее чем 10 секунд, в частности, в течение менее чем 8 секунд, предпочтительно в течение менее чем 5 секунд и предпочтительнее в течение менее чем 3 секунд.

Композиции гашеной извести согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения представлены в прилагаемой формуле изобретения.

Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ изготовления имеющего высокую реакционную способность известкового молока, включающий следующие последовательные стадии:

a) гашение негашеной извести использованием пропорции негашеной извести по отношению к воде, составляющей более чем 1:8, в частности, 1:6, и менее чем 1:3, таким образом, что получается известковая суспензия;

b) разделение по размеру частиц вышеупомянутой известковой суспензии, необязательно, разбавленной, где разделение по размеру выполняют на вибрационном сите с размером отверстий, составляющим 250 мкм, предпочтительно с размером отверстий, составляющим менее чем или равняющимся 100 мкм, с получением, по меньшей мере, одной первой фракции, подлежащей измельчению, проходящую через ячейки сита с размером отверстий, составляющим 250 мкм, предпочтительно с размером отверстий, составляющим менее чем или равняющимся 100 мкм, и одной второй фракции, которая представляет собой удерживаемую фракцию, в основном, состоящую из инертных частиц или примесей, которые подлежат удалению;

c) уменьшение размера частиц путем измельчения в шаровой мельнице вышеупомянутой, по меньшей мере, одной первой фракции, подлежащей измельчению; и

d) получение вышеупомянутого, имеющего высокую реакционную способность известкового молока, необязательно после разбавления.

Способ согласно настоящему изобретению имеет огромное преимущество, допуская использование промышленной извести любого типа, имеющей одновременно стандартную реакционную способность и химические свойства, без необходимости использования высокочистой извести, для изготовления известковой суспензии, которую можно легко разделять гранулометрически. Стадия разделения по размеру частиц или просеивания устраняет имеющие чрезмерно большой размер частицы инертного материала, а также любого другого материала, такого как карбонат кальция в необожженной форме, или все другие примеси, например, такие как диоксид кремния. Влажное измельчение в шаровой мельнице вышеупомянутой, по меньшей мере, одной первой фракции, подлежащей измельчению и получаемой в результате стадии разделения частиц по размеру, образует продукт в форме суспензии гашеной извести, в которой составляющие частицы являются очень тонкодисперсными и весьма устойчивым образом представляют узкий и мономодальный профиль распределения частиц по размерам, который можно регулировать.

Кроме того, оптимизация способа согласно настоящему изобретению делает возможным сокращение увеличения вязкости в результате увеличения тонкодисперсности частиц для повышения реакционной способности известкового молока согласно настоящему изобретению.

Таким образом, способ согласно настоящему изобретению делает возможным изготовление известкового молока, которое превосходит традиционное известковое молоко в отношении скорости реакции и реакционного поведения в широкой сфере применения, как упомянуто выше в настоящем документе, поскольку оно имеет узкий и мономодальный профиль распределения частиц по размерам.

Термин «мономодальный» в данном контексте означает, что измеряемое дифференциальное распределение по размеру частиц, получаемое традиционными способами измерения, которые описаны выше в настоящем документе, проявляет только одну моду или пик с предпочтительным распределением вокруг значения d₅₀.

Традиционная гашеная известь, которая представляет собой нанокристаллический материал, содержит агрегаты и агломераты нанокристаллов гидроксида кальция, имеющих размеры от 20 до 120 нм, и, таким образом, как правило, представляет профиль распределения частиц по размерам, который является широким и многомодальным. По существу, для уменьшения размера частиц этой традиционной гашеной извести требуется более чем только простое измельчение или простое традиционное уменьшение размера частиц, чтобы получать мономодальное и узкое распределение.

По существу, образование отдельных нанокристаллов или субмикронных агрегатов в процессе гашения и разделения по размеру частиц и уменьшения размеров частиц должно оставаться на минимально возможном уровне, поскольку эти тонкодисперсные наноразмерные частицы проявляют тенденцию к значительному увеличению вязкости.

Кроме того, некоторые из этих наночастиц являются кристаллографически неустойчивыми и перекристаллизуются, что изменяет вязкость посредством ее увеличения или уменьшения, что, очевидно, является нежелательным, поскольку такие изменения реологических свойств суспензии являются нерегулируемыми и непрогнозируемыми.

Как известно специалисту в данной области техники, в процессе влажного измельчения в шаровой мельнице частицы измельчаемого материала разрушаются, получая энергию, передаваемую частицам гашеной извести шарами в процессе столкновений, что также зависит от массы шаров, составляющей, как правило, от 1,5 до 2,5 кг на кубический дециметр (дм³) мельницы, и от их скорости по отношению к перешиванию (скорость вращения мельницы). Эта передаваемая энергия должна превышать минимальную энергию разрушения частиц, чтобы вызывать измельчение частиц гашеной извести. Скорость перемешивания и энергия зависят от объема мельницы для влажного измельчения. Например, для мельницы объемом 100 дм³ скорость перемешивания составляет приблизительно 650 об/мин при мощности от 55 до 75 кВт; для мельницы объемом 0,5 м³ скорость перемешивания составляет приблизительно 350 об/мин при мощности от 160 до 200 кВт. В то же время необходимо избегать ввода избыточной энергии, что приводило бы к чрезмерному измельчению и получению таких же бесполезных субмикронных фрагментов.

Эта минимальная энергия разрушения обычно представляет собой свойство материала, но в случае гашеной извести она также зависит от источника извести, условий гашения и фракционирования частиц по размерам. Таким образом, данные критерии используются для оптимизации измельчения, что обеспечивает изготовление известкового молока, для которого профиль распределения частиц по размерам является узким и мономодальным. Совершенно понятно, что информация о скорости субмикронных частиц также рассматривается существенной.

Предпочтительно вышеупомянутое уменьшение размера частиц (гранулометрическое измельчение) посредством измельчающих шаров осуществляется в шаровой мельнице, содержащей измельчающие шары из оксида или силиката циркония или стекла, размеры которых составляют менее чем 1,4 мм.

Согласно варианту осуществления, вышеупомянутое разделение по размеру частиц включает двойное разделение по размеру на первом вибрационном сите с размером отверстий, составляющим 250 мкм, и на втором вибрационном сите с размером отверстий, составляющим менее чем или равняющимся 100 мкм, и при этом получаются первая фракция, подлежащая измельчению, вторая фракция и третья фракция, где вышеупомянутая первая фракция, подлежащая измельчению, представляет собой фракцию, проходящую через ячейки сита с размером отверстий, составляющим 250 мкм, и остающаяся в качестве остатка на сите с размером отверстий, составляющим менее чем или равняющимся 100 мкм, причем вышеупомянутая вторая фракция представляет собой фракцию остатка, остающегося на сите с размером отверстий, составляющим 250 мкм, в основном, состоящую из инертных частиц или примесей, которые подлежат удалению, и вышеупомянутая третья фракция представляет собой фракцию, проходящую через ячейки сита с размером отверстий, составляющим менее чем или равняющимся 100 мкм. Эта третья фракция, как правило, подлежит измельчению.

Разделение по размеру частиц может осуществляться гидроциклонированием вышеупомянутой известковой суспензии, необязательно разбавленной, с получением фракции частиц, размер которых составляет менее чем 10 мкм, в качестве второй фракции и фракции частиц, размер которых составляет более чем 10 мкм, в качестве первой фракции, подлежащей измельчению, причем вышеупомянутое известковое молоко, имеющее высокую реакционную способность по отношению к воде, получается смешиванием вышеупомянутой второй фракции и вышеупо