Hochfeines, gemahlenes Calciumcarbonat (GCC) im Feinheitsbereich von 60 bis 98 % 2,0 µm wird in Form von Pulver, Suspension oder coatiertem Pulver als Füllstoff oder auch als Streckmittel bei vielen Herstellverfahren in der Kunststoff-, Lack- und Papierindustrie eingesetzt. In der Farbenindustrie ersetzt ultrafeines GCC teilweise Titandioxid-Pigmente. 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 mit einer Feinheit bis zu 98 % 2,0 µm kommen als Streichpigment zur Oberflächenbeschichtung z. B. bei Magazin- oder Fotopapier zum Einsatz. Bei Papieranwendungen ist es sehr wichtig, GCC-Füllstoffe mit einer sehr engen Partikelgrößenverteilung zu liefern.
Trocken oder nass gemahlen
Hosokawa Alpine bietet Verfahren zur Herstellung von ultrafeinem GCC. In einem trockenen Aufbereitungsverfahren lässt sich nur ein Teil der geforderten Pulverfeinheiten herstellen. Diese liegen in der Regel bei bis zu 90 % 2,0 µm. Das Anlagenkonzept besteht aus der Alpine-Rührwerkskugelmühle ATR im Kreislauf mit dem Alpine-Hochleistungswindsichter TTD. Das ATR-System ist speziell für kleinere Durchsatzleistungen im Bereich von 0,5 bis 2,0 t/h geeignet.
Ultrafeines GCC lässt sich nur in einem Nassmahlverfahren erzeugen. Die Alpine-Rührwerkskugelmühle ANR-CL stellt ultrafeines Pulver mit einer Feinheit von 60 bis 98 % 2,0 µm in einem Arbeitsschritt her. Noch höhere Feinheiten erfordern eine zweite Nassmahlstufe: Dies kann entweder mit zwei Durchläufen auf einer ANR-CL-Mühle oder mit zwei in Reihe geschalteten ANR-CL-Mühlen verwirklicht werden. Die Mahlung erfolgt in einer Suspension mit einem Feststoffgehalt von ca. 75 %. Dabei kommen spezielle Dispergiermittel zum Einsatz, die die Energieeffizienz erhöhen und den hochkonzentrierten Feststoffanteil in der Suspension erst ermöglichen. Das ANR-CL-System kann für alle erforderlichen Durchsatzleistungen eingesetzt werden.
Vor der Nassmahlung übernimmt eine Alpine-Sichtermühle ACM oder eine Alpine-Walzenschüsselmühle AWM die Vorzerkleinerung. Das Aufgabegut wird von 5 mm
in dieser ersten Aufbereitungsstufe auf 20 % 2 µm trocken gemahlen.
Weitere Prozessschritte
In manchen Anwendungen, beispielsweise 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 Stearinsäure. Beides wird in einer Langspaltmühle vom Typ Cell Mill des Kooperationspartners Atritor in einem Arbeitsschritt vollzogen. Hosokawa Alpine und Atritor kündigten kürzlich eine gemeinsame Marketing-Partnerschaft für Ground Calcium Carbonate an. Die GCC-Suspension wird im unteren Bereich eingesprüht und sofort vom Rotor verwirbelt. Ein heißer Prozessgasstrom mit einer Anfangstemperatur von ca. 400 °C durchströmt die Cell Mill. 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 Cell-Mill-Rotors erledigt die Feindispergierung von Agglomeraten, sodass die primäre Körnung des GCC gewährleistet ist.
Wenn eine zusätzliche Coatierung gefordert ist, erfolgt dies durch Zugabe von technischer Stearinsäure. Zeitgleich mit der Desagglomerierung des GCC lagert sich das Stearin an der Pulveroberfläche an und überzieht es über den gesamten Umfang.
Die Kombination von ACM, ANR-CL und Cell Mill zu einer Prozesslinie zur Herstellung von ultrafeinen GCC-Füllstoffen hat sich bewährt. Die Baureihe der Nassmühle ANR-CL umfasst Antriebsleistungen von 18 bis 1000 kW. Die vor- und nachgeschalteten Prozessschritte werden entsprechend der Leistung angepasst.
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