專利名稱：提取和提純天然沸石的方法
相關申請本申請涉及Billy D.Fellers發明的2000年9月27日申請的題目為“提取和提純天然沸石的方法”的美國專利申請，序號No.09/672,065。
天然沸石具有廣泛的應用，包括例如離子交換、放射性廢物處理、工業廢物處理，作為動物飼料添加劑、水分吸附劑，延時釋放物質的載體例如殺蟲劑或肥料，雜質和臭味控制的液體和氣體過濾器，油吸附劑及工業涂料和填充劑。天然沸石也通常作為合成沸石生產中的原料。沸石也作為烴轉化反應中的催化劑。沸石的大表面積使其對于這樣的應用成為優異的選擇對象。
沸石結構的另一個特點在于在特定沸石中的空穴都具有均一的形狀和和大小。因此，天然沸石可以作為人造分子篩的同系物。
一種天然沸石，斜發沸石，由于其具有大的表面積具有特別高的吸附容量。而且，斜發沸石可提供高的離子交換容量，使其適合于在多種工業應用中使用。斜發沸石的孔徑，特別是由于其顯示了對目標離子的選擇性，使得該沸石非常適合于污水過濾。最后，相對于穩定性更差、不相容的選擇物例如聚合物型的離子交換樹脂而言，熱和物理穩定性及與最后的廢物形式例如水泥或玻璃的相容性，使其成為一個令人感興趣的替代物。
天然沸石礦熟知包括多種雜質，包括例如粘土、石英、云母、長石、鐵和鈦的礦物和方解石。天然沸石迄今事實上被排除在需要極高亮度的特定應用中使用，例如高級紙張工業中，其中較高成本的二氧化鈦、碳酸鈣或氧化硅優選作為添加劑。而且天然沸石由于其沒有有效的提純方法不被考慮其作為分子篩或催化劑使用。
目前可獲得的提取、提純和分級天然沸石的現有技術非常有限，而且不常用。已經應用于沸石礦中的粘土礦物的選礦技術包括粉碎、干燥分級或濕法重力分離、磁分離、漂白和焙燒以驅趕孔中的水，已證明這些方法相對無效。對于沸石應用，大量這樣的處理技術在現有技術中進行了描述，但是沒有實現工業化。例如，在US 4,510,254中，描述了一種間歇方法，其中通過粉碎、淤漿化、除去細粒、精細研磨、磁分離、漂白和干燥的步驟處理沸石礦。上述專利方法得到了干燥的精細研磨的粒徑為2μm以下的沸石，TAPPI亮度至少為90。由該方法得到的沸石也具有高質量高嶺土顏料約一半或更小的體積密度。盡管該專利方法得到的沸石具有要求的性質，天然沸石礦床仍很難進行處理以達到足夠的純度、亮度、尺寸分級和密度。相對于本發明的大于40％的總得率，該專利方法得到的總得率小于20％。同樣，由該專利方法得到產品的沸石的含量略小于礦物源的含量，而本發明方法可提高大于20％的沸石含量。根據現有技術的方法，包括該專利，通常包括復雜的作為部分提純過程的化學方法引入了不希望的化學雜質，而且產生了很多需要進行困難并昂貴處理的廢物。引入化學雜質進一步使現有技術的方法復雜化，需要通過中間步驟改善這樣的化學雜質的影響。一些現有技術中的分級技術，例如在美國專利中US 5,603,411中描述的技術，也加入不希望的化學雜質例如絮凝劑和分散劑。結果，人工制造的沸石和聚合樹脂在高端應用中例如離子交換中仍然是首選。類似地，在高級紙張的制造中高成本的礦物例如二氧化鈦和碳酸鈣優于沸石。
在各種高端應用中不使用天然沸石主要是出于對從沸石礦中提取和提純方法的有效和經濟性考慮的。因此，仍然需求一種方法，該方法可經濟而且技術上足夠充分地開采天然沸石用于廣泛的應用中。而且，需要這樣一種方法，該方法不引入化學雜質例如絮凝劑或分散劑，而且該方法不產生有害的工藝流出物。
本發明的方法認識到并利用各礦物相基本性質的不同，包括水合程度對粒子有效體積的影響以促進分層懸浮。軟化水使粒子之間的雙電層排斥最大化，使電解質對雙電層的影響最小以防止絮凝。
本發明的方法首先水合和機械分散原料以分離出高水合的粘土，隨后通過使用一種或多種逆流分離塔從比希望的沸石具有更高質量表面積比的雜質中分離沸石，在所述的分離塔中分散介質是軟化水。
得到的提純的產品顯示了增加的沸石含量、改進的亮度和提高的離子交換容量。而且，用磁分離和精細研磨處理可提供高亮度和低體積密度的產品，適合于工業增白應用中高級紙張的涂層和填充劑。通過除去粘土和高密度的礦物使其流變性得以增加。由于殘余的雜質通常接近分析方法的檢測極限，效能和質量平衡在工藝尾料中得到最好的證實，在所述的尾料中殘余物更加濃縮。現有的化學浸提技術進一步增強了沸石產品。但是，由本新穎方法得到的優異性能不必要使用許多應用中使用的該昂貴步驟，而將工藝得率提高到約59％。
本發明進一步提供濕法分級提純沸石物流的新方法。本發明的濕法分級系統主要通過密度差，也利用軟化水的性質和水合礦物相的雙電層以加大它們沉降速度的差，從而提供比現有技術細粒沸石分級方法明顯而且實質性的改進。本發明的濕法分級方法可以應用到其它類型的細粒例如在高嶺土的處理中，精細研磨的礦石和合成制造的沸石。
總而言之，通過提供更高的產率、更低的資本成本和減少廢物的處理，本發明比現有技術更簡單，基本上具有成本效益性。
圖2是水合和機械分散系統的平面示意圖。
圖3是初級和二級分離系統的平面示意圖。
圖4是濕法分級系統的平面示意圖。
發明的詳細描述首先參考

圖1，示意了本發明方法的工藝流程示意圖，包括濕法分級方法。如圖1示意，在本發明方法的第一步，水合并機械分散預處理的原料。一旦在第一步中與軟化水混合，高度水合的原料粘土部分被選擇懸浮在水中。從水合和分散槽中提取或傾析穩定的粘土懸浮體。最優選以間歇操作方式進行水合和機械分散，根據原料組合物的要求進行一步或多步的水合、混合和提取/傾析步驟。一旦除去粘土懸浮體，剩余的包含沸石的原料部分與另外的軟化水混合以形成淤漿化的沸石工藝物流。淤漿化的沸石工藝物流被管送到初級分離塔中，其中使用逆流軟化水以從淤漿化的沸石工藝物流中的重雜質中分離沸石。沸石在上清液流出物中離開初級分離塔，利用軟化水的懸浮效應，流出物然后送到二級分離塔。二級分離塔也使用逆流以進一步提純上清液流出物。與初級分離塔相對，二級分離塔更小的增加速度可去除超細粒子，而使提純的沸石產品下降到二級分離塔的底部進行收集。如圖1示意，提純的沸石產品可以進一步通過任選的濕法分級方法或經另外的磨碎進行處理，所述的分級方法在下面進行更詳細的討論。
本發明方法的原料是平均粒徑為約10～40μm的沸石材料。由于開采的沸石材料通常具有的粒徑大于40μm，該工藝原料要進行預處理以得到希望的約10～40μm的平均粒徑。通過任何眾多的熟知技術可實現這樣的預處理，包括壓碎、磨碎和研磨。在原料制備中，粘土相基本上從礦物中離析出來，大多數離析的粘土相減少到比精細研磨粒子的本體小約10～100倍的粒徑。作為分離中的第一步原料水合并機械分散，除去原料中的粘土部分。以間歇方法進行起初的水合和機械分散，根據原料中初始的粘土含量可包含一個或多個分散和傾析步驟。
參考圖2，在優選的該方法的實施方式中，預先確定原料的粘土含量，通過管線2和閥3以間歇方式加入足夠的軟化水以使原料中高度水合的粘土部分懸浮。在間歇槽15中混合原料和軟化水得到淤漿。使用的軟化水含有相對低的電解質含量，通常小于約10～50ppm。應理解具有較高電解質含量的軟化水也可以使用，但要降低分離的效率。
與現有技術中的需要加入化學添加劑以得到離析細粒粘土部分足夠分散的方法相比，本發明的方法不使用化學分散劑。在該方法中沒有化學分散劑導致工藝物流增強的物理特征，包括避免非分散粘土的凝聚和不同礦物相的共凝聚。
通常，在間歇槽15中得到5％～40％的淤漿密度，優選淤漿密度為10％～20％。在包括間歇槽15和任何再循環物流的間歇水合和分散系統的駐留時間為2～24小時，可以根據粘土和原料的重負荷調節該時間。通過使用現有技術中熟知的混合機/摻和器4或剪切泵6實現機械分散。應理解可以半連續預處理本發明討論的水合體和分散體，制備高密度例如40％～60％的淤漿。在本發明的一個優選實施方式中，在間歇的水合和機械分散系統中進行起始的水合，而沒有另外制備高密度的淤漿。但是使用這樣的制備步驟，沒有脫離本發明公開的范圍。水合、機械分散和適當的沉降階段之后，通過管線5用泵6傾析高水合和穩定的粘土相，從而得到基本上較少粘土含量的工藝物流。在本發明方法的一個優選實施方式中，由水合和機械分散步驟中得到傾析的沸石產品包含約5wt％粘土或更少。分離的沸石部分可以作為一些工業應用的產品或進一步進行處理適合于其它的應用。除去水合粘土部分之后，剩余的沸石工藝物流在間歇槽15中用另外來自管線2和閥3的軟化水進行淤漿化，得到淤漿化的沸石工藝物流用于進一步處理。通過管線15和泵6從間歇槽15中除去的水合粘土相含有約為50wt％的粘土，是本發明新穎方法可能的另外的產品。
也可以在該方法起始的水合和分散系統中除去重雜質和磁性材料。例如通過管線5、7a和7b用泵6和磁鐵7對水合原料的再循環物流施加磁分離，可通過任何許多現有技術的設備和技術完成該分離，例如在US 3,974,067；3,990,642；4,055,485；4,510,254；4,097,372及4,281,799中描述的那些。另外，磁分離也可以施加于從間歇槽15中通過管線9到泵10和磁鐵1 1提取的淤漿化沸石工藝物流，然后進行本發明的隨后步驟。應理解也可以在本發明方法的其它各個點使用磁分離以進一步從工藝物流中提取磁性組分。例如可將磁分離施加于如下所述的來自初級分離塔的上清液流出物中。
通過管線5用泵6傾析水合粘土相，而且使用管線9和泵10傾析淤漿化的沸石物流，從而將本發明方法的水合和分散系統中的重組分除去，剩下含有重組分的尾料部分。另外，通過管線14a和14b在閥13處從間歇槽15的最底部通過底流或虹吸將重組分除去。應理解機械分散以得到淤漿化沸石工藝物流、是否通過剪切泵或混合器/摻和器進行、加入的水量、水合和分散步驟的再循環可以這樣設置以除去最多的重組分。
淤漿化的沸石工藝物流而后經過任選的離心分離12以除去另外的重廢物料，例如石英。根據原料中的重負荷可以將該步驟設置為旁路或不用。而且，應理解是否需要進行另外的重組分去除取決于在水合和分散系統中進行的重組分去除的功效。
參考圖3，淤漿化沸石工藝物流送到初級分離塔16。初級分離塔在特定的分離區域使用不同的流速以分離和除去含有有限表面積而且對軟化水的影響最小的高密度雜質，使用逆流方式以懸浮，并在淤漿化的沸石工藝物流中保持更高表面積沸石的懸浮。
再參考圖3，將淤漿化沸石工藝物流通過管線22在大約塔的中點被送入初級分離塔16中。管線22終止于噴嘴22a，其可減少淤漿化沸石工藝物流向下進入上升的軟化水物流中的線速度和湍流的影響。來自軟化水進料的軟化水蒸汽通過管線25進入初級分離塔16的下部。初級分離塔利用水合性能的不同、希望的沸石顆粒和粘土雜質之間的質量表面積比，以及另外的雙電層的影響以從粘土雜質中分離沸石。即，在初級分離塔的分離不僅僅是水壓的影響。軟化水使雙電層未受影響，由于在顆粒表面的雙電層和軟化水之間的表面相互作用，存在附加的分離影響。現有技術中的水力分離方法，例如在US4,554,066中討論的方法，通常依賴于較大顆粒高的質量表面積比，其中與水力影響相比雙電層的影響可忽略。如果這樣的比例高，則由于與雙電層的表面相互作用而沒有分離益處。在本發明方法中，顆粒并不具有這樣高的質量表面積比，因此雙電層的影響與水力影響相比很明顯。一旦分離，沸石顆粒將被懸浮并通過初級分離塔16的上段28直到它們通過初級分離塔16的溢流管29被除去。初級分離塔的上向流比淤漿化沸石工藝物流中需要懸浮重組分的上向流更少。加入的軟化水量和速度及水的向上流速取決于初始原料的組成、上游分離的效力、沸石和雜質的平均粒徑和溢流提取速度而可以變化。如圖3中所見，塔中段23的直徑比塔16的上段28和下段24的直徑大。這樣的較大的直徑段通常稱為膨脹段。從淤漿化沸石工藝物流的重組分中分離沸石的主要部分在中段23中進行。使用透明的下段24以從視覺上判斷在初級分離塔16中的分離效力。
通過手動控制閥26控制和用流量計27監測軟化水的流量。應理解盡管圖3中示意了手動操作，但用目前可獲得的工藝控制設備可自動控制初級分離塔16的操作。類似地，可以利用目前獲得的分析設備和技術自動確定初級分離塔16的分離效力。例如，分析從初級分離塔16通過溢流管29離開的上清液流出物的粒徑、密度、和/或礦物含量。如果這樣的分析表明含量不可接受的重雜質被帶入上清液流出物中時，可以改變軟化水添加的速度和上清液流出物的提取速度。
仍然參考圖3，可見初級分離塔16用罩33蓋在頂上，溢流管29位于緊接罩33的下面。得到的上清液流出物含有沸石產物，其通過閥54收集并脫水干燥用于工業應用。另外，初級分離塔16的上清液流出物可經另外的如下所述用于特定產品精制的濕法技術進行處理。
仍然參考圖3，不希望的重雜質大多數情況通常包括石英、貓眼石和鐵，可通過管線31和閥30除去。可以在通過管線32a和閥32的重雜質物流中加入另外的水以降低重雜質物流的粘度，從而有助于其去除。應理解通過閥30除去的重雜質物流通過管線25和閥26進行處理或再循環返回，通過初級分離塔16以回收任何殘余的沸石含量。
如圖3可見，另外的來自初級分離塔16上清液流出物的濕法處理是這樣進行的，將上清液流出物經過管線40流入二級分離塔17，所述的管線終止于一個或多個位于二級分離塔17約中點的噴嘴41。其中，通過閥44逆流軟化水進入位于二級分離塔17基底的流動分配器43對沸石產品進行最后的精細洗滌。通過流量計45監測進入閥44的軟化水的流量。殘余的粘土、云母或其它微細的雜質向上并通過二級分離塔17的高架管線46通入塔頂物流。精制的沸石產品以間歇或連續轉移的方式作為底流流出物通過管線47和閥48收集。
來自二級分離塔17底流流出物可以進行另外的濕法分級以進一步根據粒徑分離沸石。圖4示意了本發明方法一個具體實施方式
的多步濕法分級器系統。
在一個操作模式中，來自二級分離塔17的底流流出物通過管線47a被輸送，任選地在75粒子磨碎，到懸浮容器49與通過管線50a和閥50注入的軟化水結合。同樣，用流量計51監測通過閥50的軟化水的流量。通過管線52、54和閥55a使用循環進料泵53在懸浮容器49中形成淤漿。進入濕法分級系統的進料向前通過管線55和調節閥64，以在第一濕法分級塔77約中點處引入的流量計65處提供希望的流量，所述管線55終止于位于第一分級塔77約中點的噴嘴56。
在第二操作模式中，來自初級分離塔16的上清液流出物經旁路通過二級分離塔并被送入濕法分級系統。在這樣的二級操作模式中，來自初級分離塔16的上清液流出物通過管線55、閥64和流量計65被注入第一濕法分級塔77中。
第一濕法分級塔77在特定的分離區域使用不同的流量，根據顆粒密度、礦物相和/或尺寸分離沸石。如圖4示意，第一階段的塔77具有上段68a、中段63a和下段64a。仍參考圖4，中段63a的周長比上段68a和下段64a的周長更大。為加大顆粒沉降速度的差，將軟化水通過由閥66a控制、流量計67a測量的管線65a加入到塔77中，從而提供逆流以使塔77中沸石下降。塔77由罩72a蓋在頂上。來自塔77的上清液流出物通過溢流管69a提取進入管線80。較重的和/或較大的沸石粒子和任何剩余重雜質作為底流通過位于或靠近塔77最底部的管線71a和閥71b離開第一分級塔77。
仍參考圖4，來自第一分級塔77的上清液流出物通過終止于噴嘴81的管線80進入二級分級塔78的約中點處進行進一步的處理。第二分級塔78使用與特定分離區域相關的不同的流速以根據粒徑和/或礦物相進一步分離沸石。通過在二級分級塔78下段64b內的管線66將軟化水引入二級分級塔78中。二級分離塔78由罩72b蓋在頂上，并通過溢流管線69b上清液從塔78離開。通過軟化水的逆流物流使來自第一分級塔77并注入第二分級塔78的上清液流出物中存在的較小的沸石粒子懸浮，并通過上段68b將其載帶到管線69b。在第一分級塔77上清液流出物中存在的較重或較大的沸石顆粒通過管線71和閥71b從第二分級塔78的底部抽出。
應理解作為進一步分級的選擇，可以收集來自第一分級塔77的全部或部分的上清液流出物干燥，以用于最終用途或進一步用磨碎、磁分離或化學離析進行處理。類似地，可以收集來自第二分級塔78的全部或部分的上清液流出物干燥，以用于最終用途或進一步用另外的具有更精細分離性能例如更長的膨脹區的分級塔分級或進行其他處理。
盡管圖4顯示了兩塔濕法分級系統，應理解濕法分級塔的數量、尺寸和構造可根據所希望的粒徑和/或礦物相決定的分離程度和精確度進行變化。即，如果希望得到的粒徑分級范圍越窄，那么所需要的分級塔的數量和/或尺寸就越大。對于初級分離塔16，軟化水的加入量和速度與隨后向上流速取決于上清液流出物的粒徑和/或希望得到的產率、進入塔的工藝物流的粒徑范圍和上清液提取速度。進一步應理解在本發明優選實施方式中盡管制備淤漿化沸石工藝物流是間歇的過程，但是在本發明方法所有隨后的步驟中可以半連續的方式進行。本發明公開的濕法分級技術迄今為止還未應用于粘土材料的加工處理，一般地說，或應用于天然沸石的加工處理，具體地說，是對現有技術方法重要的而且是實質性的改進，因為沒有其他的沸石分級技術可達到如此的沸石富集水平同時粒徑分級。對于初級分離塔，本發明的濕法分級方法依賴于完好的雙電層的分離效果。
初級分離塔16及第一和第二分級塔77和78各自的每一個分離區和容量不僅通過該塔的尺寸和構造而且通過一個或多個下游的泵進行調節。組件設備即間歇槽、塔、管道、閥、計量表、在線探測器和泵可以由任意的各種材料制造，包括玻璃、塑料例如聚氯乙烯(PVC)，及金屬和合金。因為該工藝沒有使用高溫或腐蝕性的化學品，可以使用更便宜的建造材料例如PVC。
應認識到該新穎方法的所有步驟可以用軟化水作為通常的懸浮流體進行操作，而沒有化學添加劑，可以連續的方式進行操作而不需如現有技術方法中需要的中和化學處理或清洗操作以除去化學背景(物)。
通過各種通常使用的方法可以實現本發明方法中使用的軟化水的制備。通過如下的實施例，使用過濾、反滲透和離子交換步驟的組合處理具有大于1500ppm總電解質的水源。
意外地發現，一些工藝流出物的電解質含量，特別是在起始粘土去除步驟之后，殘留量非常低，而且可通過過濾和離子交換最少的處理任選回收以基本上恢復起始的質量。不存在化學添加劑(添加化學添加劑是現有技術方法共同的特點)是可行和經濟地處理本發明新穎工藝水流出物的一個主要的因素。其表明本發明方法的經濟優勢不僅通過回收而且通過避免現有技術方法中通常的大量的污水得以增強。這樣降低了對水源的要求，特別是在有限給水的地區。因此，本發明優選的實施方式基本上使該新穎的方法不僅具有經濟優勢和環保優勢，同時使整個工藝性能具有優勢。
通過參考以下的實施例對本發明的方法進一步進行描述。
分析沸石材料其具有55％的斜發沸石、15％的絲光沸石、15％的長石、5％的粘土、5％的云母和5％的石英。該材料的TAPPI亮度為72.0，離子交換容量為1.21meq/g，及FeO含量為0.66％。連續的初級分離塔步驟將沸石固體轉移到25加侖的槽中，與15.4加侖的軟化水混合形成10％的淤漿。通過潛入式池泵進行循環而混合淤漿，所述的泵附于圖3描述的實驗室規模的系統上。在分離塔的基底引入具有小于約10ppm電解質的軟化水逆流以促使在塔下部提供4.3ml/min/cm2的上升流速。將原料從淤漿槽引入到塔中以在塔的注入區形成3.8ml/min/cm2的上升速度。將全部的淤漿量泵入塔中，然后提供原料，使逆流的軟化水平衡，從而使標準的上升速度保持另外12小時。
在塔的底部作為底流濃縮物收集約1磅的廢棄物料。分析該物料表明其由35％的石英、25％的長石、15％的斜發沸石、10％的絲光沸石、5％的粘土、5％的云母和5％的赤鐵礦組成，其中FeO含量為1.66％。同時該材料顯示其離子交換容量為0.66meq/g，及TAPPI亮度為53.7。
在二級分離塔收集的最后精制的沸石產品總共為11.5磅，該步驟得到的產率為90％。該材料由55％的斜發沸石、15％的絲光沸石、15％的長石、5％的粘土和5％的石英組成，其中FeO含量為0.55％。同時該材料顯示其離子交換容量為1.22meq/g，及TAPPI亮度為71.5。磁分離步驟精制的沸石產品與7.6加侖具有小于約10ppm電解質的軟化水混合以形成20％的淤漿。該淤漿在靜態的浸泡體系中用稀土磁鐵(6kG)進行人工處理。從沸石中提取出來一共1磅的磁鐵材料，剩余10.5磅精制的材料，該步驟得到91％的收率。該材料的TAPPI亮度為86.0，離子交換容量為1.33meq/g，FeO含量為0.31％。材料分析表明該材料由60％的斜發沸石、20％的絲光沸石、15％的長石和5％的石英組成(粘土和云母含量小于可檢測的范圍)。顆粒粉碎步驟使用Fluid Energy Aljet的4型微噴射系統將6.9磅部分的磁分離沸石研磨干燥到平均粒徑約3微米的顆粒。研磨產品的TAPPI亮度為90.5，離子交換容量為1.26meq/g，FeO含量為0.31％。
處理的總結樣品 沸石％ CEC 亮度 FeO％meq/gTAPPI原料礦石 65 1.10 72.7 1.20傾析的沸石70 1.21 72.0 0.66粘土流體 25 0.78 61.3 2.97初級分離塔的底流 25 0.66 53.7 1.66二級分離塔的產品 70 1.22 71.5 0.55磁處理產品80 1.33 86.0 0.313微米的產品 80 1.26 90.5 0.31
分析粘土流體懸浮體表明其由50％的粘土、25％的斜發沸石、15％的長石、5％的絲光沸石和5％石英組成，其中FeO含量為2.97％。
分析沸石材料其具有55％的斜發沸石、15％的絲光沸石、15％的長石、5％的粘土和5％的石英。該材料的TAPPI亮度為72.0，離子交換容量為1.21 meq/g，及FeO含量為0.66％。連續的初級分離塔步驟前步得到的在槽中剩余的分離沸石產品與160加侖的具有小于約50ppm電解質的軟化水混合形成10％的淤漿。通過Chemineer槽式混合器快速攪拌使淤漿混合10分鐘。移去混合器，再將潛入式池泵應用于槽進行內部循環。少量的滑流通過縮小的稀土磁鐵僅表明在方法的該步驟有效去除磁性材料的可行性。
根據描述于圖3中的設計，將第二潛入式池泵置于槽中并與中試規模的分離塔連接。將具有小于約50ppm電解質的軟化水送到分離塔基底以在塔下部提供4.3ml/min/cm2的上升速度。將沸石淤漿原料用池泵引到塔中以在塔的注入區形成3.8ml/min/cm2的上升速度。在二級分離塔的分配環中也形成軟化水流動從而提供0.5ml/min/cm2的上升速度。將淤漿槽中的物料加入到初級塔中之后，在塔的基底和二級分離塔分配環中繼續(引入)軟化水，保持標準上升速度另外12小時。最后得到精制沸石產品總共為134磅，該步驟得到的產率為89％。分析表明該沸石產品含有65％的斜發沸石、15％的絲光沸石、10％的長石、5％的云母和5％的石英(粘土的含量小于可檢測的范圍)。該材料也顯示其TAPPI亮度為67.0，離子交換容量為1.33meq/g，FeO含量為0.68％。
在塔的底部作為底流濃縮物收集約29磅的廢棄物料。分析該物料表明其由35％的石英、25％的長石、15％的斜發沸石、10％的絲光沸石、5％的粘土、5％的云母和5％的赤鐵礦組成，其中FeO含量為1.66％。該材料也顯示其離子交換容量為0.66meq/g，及TAPPI亮度為53.7。磁分離步驟1來自塔系統精制的沸石產品樣品143磅用28加侖的軟化水淤漿化以得到38％固體的淤漿，并用標準的轉鼓混合器進行混合。將淤漿通過配有裝滿金屬網直徑為5英寸筒的Electric Motor Company(PEM)的高強度(20kG)濕法磁分離器以3加侖/分鐘(30秒延遲)進行磁分離。在處理期間，全部淤漿兩次通過磁鐵。分析該材料TAPPI亮度為77.7，FeO含量為0.50％。顆粒粉碎步驟然后使用Chicago Boiler Red Head的配有一毫米玻璃球的對轉圓盤式破碎機以1加侖/分鐘的流速將磁分離得到的產品進行顆粒粉碎。需要四次通過破碎機以得到小于2微米的粒徑。磨碎的產品然后用200目的篩子進行篩分以除去雜散的研磨介質及磨損的產物。分析該材料TAPPI亮度為84.0，FeO含量為0.35％。磁分離步驟2將破碎機破碎的產品通過配有裝滿不銹鋼絲直徑為5英寸筒的PEM高強度(2特斯拉)濕法磁分離器，以1加侖/分鐘(100秒延遲)的速度再一次進行磁分離。在整個處理期間，全部淤漿兩次通過磁鐵。最后的產品以17％固體淤漿的形式估計有106磅。得到的沸石產品產率為74％。干燥材料的樣品顯示TAPPI的亮度為89.9，FeO含量為0.32，粒徑小于2微米。
處理的總結樣品 沸石％CEC 亮度FeO原料礦石 651.1366.71.27傾析的沸石 701.4366.40.71粘土流體懸浮體 400.8161.32.97初級分離塔的底流 400.6653.71.66二級分離塔的產品 801.4566.20.68第1次磁分離73.80.58第2次磁分離77.70.50破碎機破碎的產品 84.00.35第3次磁分離89.10.31
第4次磁分離 1.70 89.9 0.32
收集在每一個塔底部沉降出的作為底流的物料進行分析。數據總結于下表樣品 質量 FeO(％) 表觀密度(g/ml)初級分離塔產品--0.660.89塔1的產品 590.860.86塔2的產品 220.670.82塔3的產品 111.040.79塔4的產品 7 1.070.75塔5的產品 1 2.560.73數據反映出表觀密度從約0.86g/ml線性減少到約0.73g/ml，對于每一個分級塔而言，由其可推知粒徑從約8.2μm線性減少到6.5μm或約0.5μm。特別是塔5，鐵含量的增加表明要進一步分離痕量殘留的粘土或其它的含鐵材料。
收集在每一個塔底部沉降出的作為底流的物料進行分析。數據總結于下表樣品 質量(％) FeO(％)CEC表觀密度原料產品 -- 0.25 1.35 -塔1的產品7 0.19 1.03 1.08塔2的產品11 0.16 1.310.92塔3的產品32 0.23 1.510.78塔4的產品26 0.22 1.53 0.72塔5的產品24 0.36 1.46 0.60數據反映出表觀密度從約1.08g/ml線性減少到約0.6g/ml，由其可推知線性和相對小的粒徑差。鐵分布反映出要進一步從塔1～塔4中分離沸石，塔5產品中的增加表明要進一步分離痕量殘留的粘土或其它的含鐵材料。離子交換容量顯示，在塔1中收集了小部分的貧沸石礦物，在塔3和4中有明顯的增加，而在塔5中有點兒減少。該分布清楚地表明與粒徑分級一起進行的分離是有利的。塔3和4的復合物樣品與TAPPI亮度為90.5的原料產品相比，TAPPI亮度為91.2。
根據具體的實施方式對本發明進行了描述。但是應理解本領域的普通技術人員根據本發明包含的公開能夠實施本發明的多種變化。該變化在本發明公開的范圍之內。因此，本發明應廣義地解釋，僅由本發明所附權利要求的精神和范圍所限定。
權利要求
1.從含有其它礦物相的沸石礦中提取和提純沸石的方法，包括如下步驟制備由軟化水和平均粒徑為約10～40μm的沸石礦組成的淤漿，所述的淤漿密度為約5％～40％，所述的淤漿具有足夠的軟化水與沸石礦質量比以基本上懸浮；將所述的淤漿經機械分散，具有軟化水與沸石礦的質量比要基本上使所述的沸石礦的任何粘土部分懸浮；使所述的沸石從所述的淤漿中沉降，得到上層含水的部分和沉降的沸石部分；分離所述的沉降的沸石部分與所述的上層含水部分；及將所述的沉降的沸石部分與軟化水混合以得到淤漿化的工藝物流。
2.如權利要求1的方法，進一步包括如下步驟將所述的淤漿化工藝物流在所述初級分離塔的約中點處注入多段逆流初級分離塔中，所述的初級分離塔有上段、下段和中段；將軟化水注入到所述初級分離塔的所述的下段；從所述初級分離塔的所述的上段提取出懸浮沸石的上清液物流；及控制所述淤漿化工藝物流和所述的軟化水進入所述初級分離塔的注入速度，及所述的懸浮沸石的提取速度，從而所述的軟化水以足夠的速度向上流動以使所述的沸石懸浮，這樣具有凈沉降速度的所述的淤漿化工藝物流的密度較高的組分向下流動到所述初級分離塔的所述的下段。
3.如權利要求1的方法，進一步包括如下步驟將所述的懸浮沸石從所述的初級分離塔中注入到二級分離塔中，所述的二級分離塔具有上段和下段；將軟化水注入到所述的二級分離塔靠近所述的下段中；從所述的上段提取細粒上清液物流；控制所述的懸浮沸石和所述的軟化水進入所述二級分離塔的注入速度，及所述的細粒上清液物流的提取速度，從而形成逆流流動，希望尺寸范圍的沸石顆粒沒有被載帶到所述的逆流中；及從所述的二級分離塔的所述下段除去希望尺寸范圍的所述的沸石顆粒。
4.如權利要求1的方法，其中所述的沸石礦的沸石相基本上是斜發沸石。
5.如權利要求2的方法，其中所述的沸石礦的沸石相基本上是斜發沸石。
6.如權利要求3的方法，其中所述的沸石礦的沸石相基本上是斜發沸石。
7.如權利要求1的方法，其中所述的沸石礦的沸石相包括斜發沸石、絲光沸石或其它天然沸石礦物的一種或多種。
8.如權利要求2的方法，其中所述的沸石礦的沸石相包括斜發沸石、絲光沸石或其它天然沸石礦物的一種或多種。
9.如權利要求3的方法，其中所述的沸石礦的沸石相包括斜發沸石、絲光沸石或其它天然沸石礦物的一種或多種。
10.從天然礦物組合物中分離礦物相的方法，所述的礦物相具有固有的可變化的水合性質，導致在含水淤漿或懸浮體中分層懸浮，包括如下步驟壓碎、研磨或磨碎所述的天然礦物到基本上離析出所述的礦物相；在軟化水中制備含水淤漿或懸浮體，其中低電解質含量可保持最大化的雙電層，有助于根據水合程度分散和分離所述的礦物相；及通過結合分層懸浮效應和物理分離原則分離所述的礦物相。
11.顆粒化合物的分級方法，所述的化合物包括當在低電解質介質中水合時具有雙電層，而且具有一定粒徑范圍的顆粒，包括如下步驟制備所述顆粒化合物的含水淤漿；將所述的淤漿引入逆流分級塔，所述的分級塔具有一個或多個段，原料注入口位于所述分級塔的約中點處，軟化水注入口低于所述的原料注入口，罩位于該塔的最高端，及溢流口低于所述的罩；利用所述雙電層的分離效應分離所述的顆粒化合物；及通過所述溢流口提取上清液物流。
12.如權利要求11的方法，其中所述的顆粒化合物是來自所述二級分離塔的所述下段的希望粒徑范圍的所述的沸石粒子。
全文摘要
利用機械分散和分層懸浮以除去大部分的礦石的粘土含量，從而從其他礦物相存在的礦石中分離和提純天然沸石的方法。通過利用軟化水的性質及結合逆流分離塔，該方法隨后去除比希望的沸石產品具有更高質量面積比的雜質。在該方法中不使用化學絮凝劑或浮選劑。
文檔編號B01D21/00GK1469780SQ01817213
公開日2004年1月21日 申請日期2001年9月27日 優先權日2000年9月27日
發明者比利·D·費勒斯, 比利 D 費勒斯 申請人:基礎資源有限公司