Prozess für Calciumcarbonat-Füllstoffe Kombiniertes Verfahren zur Herstellung von ultrafeinen GCC-Füllstoffen

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Aus Calciumcarbonat erzeugte Füllstoffe kommen in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz: in Kunststoffen, in Farben und in der Papierindustrie. Immer höhere Feinheitsgrade erweitern die Anwendungsmöglichkeiten, teilweise können sogar teure Substanzen substituiert werden. Ein dreistufiger automatisierter Prozess zeichnet sich durch steile Kornverteilungen, hohe Energieeffizienz und kompakte Bauweise aus.

Hochfeines gemahlenes Calciumcarbonat (GCC) ist heute ein kostengünstiges mineralisches Pulver oder Suspension, das über die Jahre hinweg viele anderen mineralischen Füllstoffe oder auch Chemikalien, vor allem aus Kostengründen substituiert hat. Ultrafein gemahlenes GCC im Feinheitsbereich von 60-98 % < 2,0 µm als Pulver, Suspension oder als coatiertes GCC-Pulver wird weithin als Füllstoff oder auch als Streckmittel bei vielen Herstellverfahren in der Kunststoff-, Lack- und Papierindustrie eingesetzt. Nur dank dieser extrem hohen Feinheitsgrade ist es möglich, GCC als Substitut für andere, teils sehr teure Zusatzstoffe zu verwenden.

In der Farbenindustrie ersetzt ultrafeines GCC teilweise Titandioxid-Pigmente, womit ein hoher Kostenfaktor bei der Farbenherstellung reduziert wird. Ein neuer Trend ist die Verwendung von ultrafeinen GCC-Suspensionen direkt in der Farbe, anstelle der Verwendung von trockenem GCC-Pulver. In der Papierindustrie werden GCC-Suspensionen (60 % <2,0 µm) als Füllstoffe verwendet, da diese weitaus günstiger als Zellulose sind. Hochfeine GCC-Suspensionen kommen als Streichpigment zur Oberflächenbeschichtung z.B. bei Magazin- oder Fotopapier zum Einsatz. Druck- und Schreibpapiere können 10-20 % GCC-Füllstoffe enthalten. Bei Papieranwendungen ist es sehr wichtig, GCC-Füllstoffe mit einer sehr steilen Partikelgrößenverteilung zu liefern.

Herstellung ultrafeiner Pulver durhc neues Nassmahlverfahren

In einem trockenen Aufbereitungsverfahren lässt sich ein Teil der geforderten Pulverfeinheiten herstellen: diese liegen in der Regel bei bis zu 80 % <2,0 µm. Das bewährte Anlagenkonzept besteht aus der Rührwerkskugelmühle ATR im Kreislauf mit den Hochleistungswindsichtern TTD. Das ATR-System ist speziell für kleinere Durchsatzleistungen im Bereich von 0,5 bis 2,0 t/h geeignet.

Neue Nassmahlverfahren mit der Rührwerkskugelmühle ANR-CL gestatten die Herstellung ultrafeiner Pulver mit einer Feinheit von 60 bis 98 % <2 µm in einem Arbeitsschritt. Noch höhere Feinheiten erfordern eine zweite Nassmahlstufe: dies kann entweder mit zwei Durchläufen auf einer ANR-CL-Mühle oder mit zwei in Reihe geschalteten Mühlen dargestellt werden. Die Mahlung erfolgt in einer Suspension mit einem Feststoffgehalt von etwa 75 %. Dabei kommen spezielle Dispergiermittel zum Einsatz, welche die Energieeffizienz erhöhen und den hoch konzentrierten Feststoffanteil in der Suspension erst ermöglichen.

Vor der Nassmahlung übernimmt eine Alpine Sichtermühle ACM die Vorzerkleinerung. Das Aufgabegut wird von <5 mm in dieser ersten Aufbereitungsstufe auf 20 % <2 µm trocken gemahlen.

In manchen Anwendungen z.B. in der Papierindustrie kann die resultierende GCC-Suspension in flüssiger Phase in das Endprodukt eingearbeitet werden. Andere Anwendungsgebiete wie Füllstoffe für Kunststoffe erfordern eine Trocknung der GCC-Suspension, und teils auch zusätzlich eine Coatierung des Pulvers z.B. mit Sterinsäure: Beides wird in der Langspaltmühle LGM in einem Arbeitsschritt vollzogen. Die GCC-Suspension wird im unteren Bereich der Mühle eingesprüht und sofort vom Rotor verwirbelt.

Vor- und nachgeschaltete Prozessschritte werden angepasst

Ein heißer Prozessgasstrom mit einer Anfangstemperatur von etwa 400 °C durchströmt die Mühle: an der Unterseite eingeblasen strömt er entlang des Rotorumfangs zum Auslass an der Maschinenoberseite. Dieser Heißluftstrom trocknet die verwirbelten GCC-Suspensionstropfen durch einen Flashdryer-Effekt innerhalb von Sekundenbruchteilen auf eine Restfeuchte von <0,2 % H₂O. Der obere Bereich des Rotors erledigt die Feindispergierung von Agglomeraten, sodass die primäre Körnung des GCC gewährleistet ist.

Wenn eine zusätzliche Coatierung gefordert ist, wird geschmolzene Stearinsäure in den Heißgasstrom der Mühle eingesprüht. Zeitgleich mit der Desagglomerierung des GCC lagert sich das Stearin an der Pulveroberfläche an und überzieht es über den gesamten Umfang.

Die Kombination der drei Verfahren zu einer Prozesslinie für die Herstellung von ultrafeinen GCC-Füllstoffen hat sich bewährt. Die Baureihe der Alpine Nassmühle ANR-CL umfasst Antriebsleistungen von 18 kW bis zu 1000 kW. Die vor- und nachgeschalteten Prozessschritte ACM und LGM werden entsprechend der Leistung angepasst.

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