[发明专利]漂白高岭粘土和其它矿物的方法

说明书

本发明涉及漂白高岭粘土和其它矿物的改进方法。更具体地说，本发明方法采用连二亚硫酸盐或亚硫酸氢盐物质和第二还原剂，优选第Ⅲ族试剂如氢硼化物来增加高岭粘土和其它矿物的亮度并减少其中存在的有色组分。本发明方法特别适用于利用高岭粘土的工业。

高岭粘土可用于多种工业，包括纸工业、瓷和精细瓷器工业、以及许多其它工业(一般参见，化学技术百科全书，Kirk-Othmer(1964)，第2版，卷5:554,581-582页)。例如，纸工业采用大量高岭粘土作为纸和纸板的填料或涂料。该用途需要非常白的明亮产品。

如果开采原料高岭粘土，它的亮度等级通常仅为相对标准氧化镁(数值100)的约75-80％ISO。高岭粘土中颜色的主要来源是水合氧化铁、钛铁矿、取代铁、电气石和云母。

为了提高高岭粘土的亮度并减少颜色，例如至超过80％ISO的亮度范围，可以使用漂白剂。但腐蚀性化学品或可能在产物或副产物工艺流中留下潜在有害残余物的化学品是非常不理想的。即，非常需要开发出用于漂白高岭粘土和其它矿物的方法，它采用相对“环境友善的”化学品。

此外，与漂白工艺有关的成本通常十分高。实际上，这些方法给高岭粘土工厂的操作者带来显著的费用。已经报道，一个大的高岭粘土工厂的仅漂白化学品成本每年超过几百万美元。即，非常需要开发出更成本有效的用于漂白矿物，尤其是高岭粘土的方法，即，需要减少漂白剂消耗的方法。这些方法给使用高岭粘土的工业以及消费者带来显著的商业价值。

已经采用各种方法来漂白高岭粘土。某些早期工作包括，用臭氧来氧化漂白粘土。参见，例如美国专利3635744和美国专利3674558。类似地，美国专利4935391提出在使用臭氧之前或同时的条件下使用过氧化氢，其中使用其pH值已调节至约5-9的高岭粘土淤浆。

另外参见美国专利5753029，它提出一种漂白高岭粘土的改进方法。该专利提出用无机缩合磷酸盐、次氯酸钠和臭氧的组合来处理粘土。

其它方法包括，在水中制备出高岭粘土淤浆(如，得到约20-25％的固体含量)，用合适的酸将pH值调节至约3-4.5，然后将连二硫酸钠(也称作连二亚硫酸钠，Na₂S₂O₄)加入该淤浆(如，以约2-15磅/吨粘土)。

但该方法及其它类似方法存在显著缺点。例如，连二硫酸钠在酸性溶液中不稳定。即，漂白步骤通常需要大量过量的该化学品。即使过量，也会发现，连二硫酸盐作为漂白剂的用途仅在非常有限的时间，例如约1小时内有效。此外发现，随着连二硫酸盐的消耗，通气氧再次慢慢重新氧化剩余的铁，这样该漂白剂连二硫酸盐的至少某些效力被浪费。再有，已经发现，连二亚硫酸钠在漂白场合中的应用产生显著量的作为副产物的亚硫酸氢钠。

开发出其它方法以防非所需的重新氧化反应，工业上称作“返原”。例如，参见美国专利4002487。该专利提出一种使用连二亚硫酸钠(Na₂S₂O₄)来漂白高岭粘土的方法。通过在漂白步骤之后向粘土中加入羟基胺或其盐，据说可以减少返原。

仍然需要开发出工业上用于漂白矿物，尤其是高岭粘土的改进替代方法。非常需要这种方法对环境友善，即，它们采用非腐蚀性的漂白剂并在工艺流中减少非所需的流出物(副产物)，如含硫化合物。还非常需要开发出能够为工业和最终用户提高经济效益的方法。

我们现已发现用于漂白高岭粘土和其它矿物的新方法，它采用连二亚硫酸盐或亚硫酸氢盐物质和第二还原剂的漂白混合物来得到具有高亮度的材料。确实，比起相应使用单个组分漂白剂，如仅连二亚硫酸盐或亚硫酸氢盐的情形，用本发明漂白混合物处理的高岭粘土具有明显较高的亮度测量值。

在不受理论局限的情况下，据信不同的发色团可更容易地与一个或多个特定的漂白剂进行反应。即，本发明方法采用了各漂白剂的组合来提高漂白作用。已经发现，这些方法特别有效地提供具有优异亮度和较少颜色含量的漂白粘土。

本发明方法包括，使用包含连二亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐并结合第二还原剂，尤其是包含Ⅲ族元素如铝或硼试剂的还原剂的漂白组合物。优选的试剂还包括Ⅲ族元素的氢化物、离子还原剂的盐，尤其是氢化铝或氢硼化物的碱金属盐，如氢硼化钠。本文涉及的“第二”还原或还原剂是指该试剂是一种不同于连二亚硫酸盐或亚硫酸氢盐的物质。