ES2217751T3

ES2217751T3 - Pigmentos de caolin calcinados de baja abrasion y procedimiento mejorado de filtracion.

Info

Publication number: ES2217751T3
Application number: ES99919922T
Authority: ES
Inventors: Joseph H. Z. Wu; Michael G. Londo; Mitchell J. Willis; Rene S. Guermonprez; Tracey A. Burbank
Original assignee: Engelhard Corp
Current assignee: BASF Catalysts LLC
Priority date: 1998-05-01
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2004-11-01
Anticipated expiration: 2019-04-20
Also published as: AU3753399A; AU754703B2; WO1999057202A2; EP1090075B1; CZ20004054A3; UA69405C2; US5997626A; CN1161424C; ATE263214T1; DE69916062T2; BR9910162B1; DK1090075T3; WO1999057202A3; DE69916062D1; BR9910162A; EP1090075A2; CN1299398A; MY122205A

Abstract

Un procedimiento para mejorar la filtración de un material dilatante que comprende las etapas de: a) proporcionar un material dilatante; b) mezclar un mineral poroso con un tamaño de poro de hasta 100 Ángstroms, y un área superficial BET en el intervalo entre 200 y 1.000 m2/g con el material dilatante; y c) filtrar la mezcla de dilatante/mineral poroso para eliminar el líquido para formar una torta de masa filtrante.

Description

Pigmentos de caolín calcinados de baja abrasión y procedimiento mejorado de filtración.

Esta invención se refiere a un procedimiento para mejorar la filtración de un material dilatante, y para producir una torta de masa filtrante mediante el procedimiento.

Los pigmentos de caolín calcinado se han usado durante varias décadas en muchas aplicaciones industriales tales como ocultación de papel, cargas para papel, pinturas, plásticos, etc. En estas aplicaciones, imparte a los productos terminados muchas propiedades deseables: brillo, opacidad (capacidad de ocultación), resistencia (en plásticos), fricción (en papel). Las aplicaciones de ocultación de papel y relleno requieren casi exclusivamente pigmentos finos de caolín completamente calcinado, tal como el pigmento con brillo del 93% ANSILEX 93®, fabricado por Engelhard Corporation. Debido a estas propiedades de elevado brillo y elevada dispersión de la luz en estos pigmentos finos de caolín completamente calcinados, su función principal en aplicaciones de papel es proporcionar opacidad y brillo, a menudo como sustituto de los pigmentos de dióxido de titanio, mucho más caros, que también se usan para mejorar estas propiedades funcionales.

Aunque estos pigmentos de caolín completamente calcinado obtenidos a partir de la calcinación de caolines duros ultrafinos son menos abrasivos que otros pigmentos de caolín calcinado, son relativamente abrasivos cuando se comparan con los pigmentos disponibles de caolín no calcinado. Por ejemplo, los pigmentos de caolín calcinado convencional denominados "de baja abrasión", tal como ANSILEX 93®, tienen típicamente un valor de abrasión Einlehner de aproximadamente 20. En términos prácticos, esto se traduce en un mayor desgaste de las mallas alambres de fabricación de banda continua en las máquinas de fabricación de papel, embotamiento de las cuchillas cortadoras de papel, desgaste de las placas de impresión cuando éstas entran en contacto con papel recubierto que contiene pigmentos calcinados finos en la formulación para ocultación, y, en general, desgaste de cualquier superficie que entre en contacto con estos pigmentos. Los fabricantes de papel son cada vez más exigentes en su necesidad de una abrasión menor.

El caolín completamente calcinado provoca, de forma general, una abrasión mucho más alta que la del caolín hídrico. El ensayo de abrasión de Einlehner y el ensayo de abrasión mediante aguja son dos de los ensayos de abrasión que se usan generalmente en las industrias de pigmentos y papel. La abrasión Einlehner de un caolín completamente calcinado es generalmente de aproximadamente 20 mg/100.000 revoluciones, y la abrasión mediante aguja es de aproximadamente 1.000 \mug. Para caolines hídricos, la abrasión Einlehner es de aproximadamente 5 mg/100.000 revoluciones, y la abrasión mediante aguja es de aproximadamente 200 \mug.

Aunque se han sugerido diferentes vías en la técnica para reducir la abrasión de un caolín calcinado, dichos procedimientos han dado como resultado, por regla general, en una pérdida de brillo u otras propiedades deseables del pigmento. Existe necesidad de un proceso para tratar de forma efectiva un caolín completamente calcinado para reducir su abrasión, a la vez que mantiene su brillo y capacidad para opacar cuando se usa en papel, pinturas y plásticos.

Es bien conocido que cuando los silicatos de aluminio hidratados de arcilla de caolín se han calcinado completamente, la sílice se lixivia rápidamente con una solución de hidróxido de sodio. con una eliminación mínima de alúmina. Se hace referencia a la Patente de los Estados Unidos Nº 2.939.764, de Schoenfelder y col. La patente de Schoenfelder contiene figuras que demuestran el efecto de calcinar arcilla de caolín a diferentes temperaturas sobre la solubilidad de la alúmina y de la sílice en soluciones de hidróxido de sodio en concentraciones que varían entre aproximadamente 5% y 40%. Las figuras indica que puede lixiviarse hasta aproximadamente un 80% en peso del contenido en sílice del caolín de alta pureza con soluciones cáusticas fuertes cuado se ha calcinado previamente el caolín a aproximadamente 1.000ºC.

Resumen de la invención

La invención se refiere a un procedimiento para mejorar la filtración de un material dilatante que comprende las etapas de:

a): proporcionar un material dilatante;

b): mezclar un mineral poroso con un tamaño de poro de hasta 100 Ángstroms, y un área superficial BET en el intervalo entre 200 y 1.000 m^{2}/g con el material dilatante; y

c): filtrar la mezcla de dilatante / mineral poroso para eliminar el líquido para formar una torta de masa filtrante.

Descripción de las formas de realización preferidas Filtración mejorada

De acuerdo con la presente invención, hay un procedimiento mejorado de filtrar arcilla calcinada lixiviada.

Se ha observado que la arcilla calcinada lixiviada característica de esta invención se comporta como un material dilatante. El término dilatante se refiere a los materiales que presentan una apariencia de estado sólido en condiciones de cizalladura, y una apariencia fluida en condiciones de baja, o ninguna cizalladura.

Un problema de la manipulación de materiales dilatantes aparece cuando se filtran con un filtro rotatorio. En un proceso de filtración rotatorio, se aplica un vacío al interior de un tambor perforado. El tambor rota en un recipiente de material a filtrar. El vacío actúa para impulsar el material hacia el tambor, y elimina el agua y otros materiales sobrenadantes. El material filtrado (torta de masa filtrante) se retira a continuación del tambor interrumpiendo el vacío y levantado posteriormente con un rodillo (laminador en frío). El material filtrado del laminador en frío se rasca con una cuchilla y se deja caer en una artesa, desde donde se transfiere normalmente para procesado posterior mediante un tornillo de Arquímedes.

Sin embargo, cuando se intenta filtrar un material dilatante en un filtro rotatorio, el material que se adhiere al tambor gira en una fase pasta con poco o nada de agua o filtrado eliminado. Cuando se interrumpe el vacío, el material dilatante se transforma en la fase líquida debido a la poca o ninguna cizalladura. Así, no se produce filtración de forma sustancial, y el material retirado del tambor nunca se transferirá al laminador en frío para la retirada de sólidos.

Hemos encontrado que, proporcionando un mineral poroso como la zeolita, se consiguen velocidades de filtración aceptables de los materiales dilatantes.

Ejemplos Ejemplo 1

Este ejemplo demuestra las propiedades ópticas mejoradas que se obtienen al controlar la distribución de tamaños de partícula del caolín hídrico alimentado al proceso, y otros parámetros del proceso de lixiviado. El proceso incluye las siguientes etapas:

A): Preparación de los materiales de alimentación fraccionados;

B): Pre-pulverizar el material de alimentación seco por rociado mediante un pulverizador de impacto por aire;

C): Calcinación en un horno mufla;

D): Lixiviado con una solución de NaOH a diferentes concentraciones durante 2 horas a 82ºC; y

E): Lavado, filtración, secado y post-pulverización con un molino Mikro-Pulverizer® con un tamiz de orificio redondo de 0,9906 mm.

Para la preparación de los materiales de alimentación fraccionados, se usó un material de alimentación de caolín hídrico usado habitualmente en la fabricación del pigmento de caolín calcinado ANSILEX 93® como el material de alimentación normalizado para calcinación. El material de alimentación normalizado, con un 57,8% de sólidos, se centrifugó durante 10 minutos a 1.000 rpm para obtener un corte de material de alimentación con una distribución de tamaño de partícula con 92% en peso < 1 \mum (referido de forma nominal como el material de alimentación del 90%). El mismo material de alimentación normalizado se centrifugó durante 5 minutos a 1.000 rpm para obtener un corte de material de alimentación con una distribución de tamaño de partícula con 86% en peso < 1 \mum (referido de forma nominal como el material de alimentación del 86%). Otra muestra del mismo material de alimentación se centrifugó durante 30 segundos a 1.000 rpm para obtener un corte de material de alimentación con una distribución de tamaño de partícula con 79% en peso < 1 \mum (referido de forma nominal como el material de alimentación del 80%). Se muestra a continuación un resumen más completo de la distribución por tamaño de partícula del material de alimentación normalizado, del material de alimentación del 90%, del material de alimentación del 85% y del material de alimentación del 80%, tal como se determina por sedimentación utilizando un analizador de tamaño de partícula SEDIGRAPH®

Tamaño de particula		% de masa acumulada más fino que la particula citada
(Diametro)	Normalizado	90%	85%	80%
1,0	71,9	92,0	85,8	79,2
0,5	60,5	79,9	72,1	67,2
0,4	53,9	72,7	64,5	59,8
0,3	43,7	61,1	52,9	48,8
0,25	37,6	53,3	45,6	42,1
0,20	30,2	43,7	36,8	34,2
0,18	26,4	39,0	32,7	30,6

Los tres cortes se trataron a continuación de forma magnética en una unidad magnética estándar a 22,68 tonela-
das por hora .

A continuación, las muestras se secaron por rociado, y se prepulverizaron en un TROTS TS Air Impact Pulverizer a 5,52 bar. El material de alimentación pulverizado se calcinó a continuación en un horno mufla durante 40 minutos a 1.096ºC.

El proceso de lixiviado se llevó a cabo a 82ºC (180º F) durante 2 horas en soluciones de NaOH al 2,7%. El lixiviado con NaOH al 2,7% produjo una pérdida de sílice del 12,2% en peso para el material de alimentación del 90%, del 8,4% en peso para el material de alimentación del 90%, y del 8,2% en peso para el material de alimentación del 80%. Las muestras lixiviadas y no lixiviadas de los tres productos calcinados anteriores se investigaron en un estudio con cargas para papel, junto con una muestra de material de alimentación normalizado calcinado no centrifugado. Los ensayos se llevaron a cabo con muestras normalizadas a un contenido mineral neto del 4%, y los resultados se presentan en la Tabla 1. Para cada muestra, "L" indica lixiviado y "U" indica no lixiviado.

TABLA 1

Muestra	Brillo	Opacidad^{2}	Abrasión^{3}
Blanco	84,9	74,4	58
Std.-U	86,7	80,3	598
80%-U	86,4	79,8	568
80%-L	86,7	79,6	374
85%-U	87,5	81,7	564
85%-L	87,6	81,3	362
90%-U	87,5	82,2	610
90%-L	86,4	80,2	258

\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 Notas:\+\cr  1. \+  \begin{minipage}[t]{132mm}Brillo
determinado según el  procedimiento TAPPI
T452-OM-92, medido con  el  
Technidyne Model S4 Brightness Tester\end{minipage} \cr  2. \+
 \begin{minipage}[t]{132mm}Opacidad determinado según el
procedimiento TAPPI T45-OM-91,
medido con  el   Technidyne Model S4 Brightness
Tester\end{minipage} \cr  3. \+
 \begin{minipage}[t]{132mm}Abrasión determinada midiendo la
pérdida de peso de una agua de bronce  normalizada como   resultado
de realizar 10.000 penetraciones en una pila de  papel muestra de
600
g/m ^{2} .\end{minipage} \cr}

Los resultados muestran marginalmente peor opacidad (0,2 - 0,4 punto) para los pigmentos lixiviados, en comparación con los pimientos no lixiviados al 80% y 85%. El material de alimentación del 90% tuvo peores brillo y opacidad, en comparación con el control no lixiviado, posiblemente debido a la mayor pérdida de silicio (12% de pérdida frente al 8% para los materiales de alimentación del 80% y del 85%). Sin embargo, los materiales de alimentación no lixiviados del 85% y 90%, ambos presentan brillo y opacidad mejorados cuando se comparan con el estándar no lixiviado. El material de alimentación del 85% lixiviado no solo tiene menor abrasión cuando se compara con la muestra normalizada no lixiviada, sino que también presenta brillo y opacidad significativamente mejorados.

Ejemplo 2

Este ejemplo muestra el extraordinario beneficio de filtración de la presente invención.

Se preparó una muestra CONTROL a partir de una lechada de arcilla calcinada con un 30% de sólidos lixiviada con una solución de NaOH al 15% durante 1 hora a una temperatura de 60ºC (resultando en una pérdida de sílice del 20% en peso. Se añade a una porción de CONTROL 20 partes en peso de una zeolita sódica tipo Y (DE LA INVENCIÓN) en una cantidad que mantenga la lechada con un contenido en sólidos del 30%. Así, tanto el CONTROL como la DE LA INVENCIÓN tenían un contenido en sólidos del 30% antes de la filtración en un filtro Buchner con un vacío de 889 mm (35 pulgadas) de mercurio.

TABLA 2

Material	Tiempo para conseguir un 40% de sólidos	% De incremento en la filtración
Control de la invención	18 horas	--
	3,5 horas	514%

Como puede verse a partir de la Tabla 2, la adición de zeolita tuvo un enorme efecto sobre la filtrabilidad del material dilatante.

\newpage

Deberá entenderse, por supuesto, que la presente invención se ha descrito anteriormente puramente por medio de ejemplos, y que pueden realizarse modificaciones de los detalles comprendidos en el alcance de la invención.

Claims

1. Un procedimiento para mejorar la filtración de un material dilatante que comprende las etapas de:

a): proporcionar un material dilatante;

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el mineral poroso se selecciona entre el grupo constituido por zeolitas, sílice porosa (incluyendo sílice pirógena, precipitada, aerogeles o hidrogeles), alúmina, carbonato de calcio, montmorillonita (por ejemplo, bentonita o hectorita), atalpugita, haloisita, vermiculita, tierra de diatomeas, sílice anhidra, talco, silicato de aluminio, silicato de calcio, silicato de magnesio, sulfato de bario, sulfato de calcio, óxido de cinc y sal de zirconia.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el material dilatante es una arcilla calcinada lixiviada

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el material dilatante es una arcilla calcinada lixiviada con cáustico

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que el mineral poroso es una zeolita del tipo Beta, X, Y, o L.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que la zeolita es una zeolita tipo Y.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que la zeolita es una zeolita tipo Y sódica.

8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la filtración se lleva a cabo mediante un tambor rotatorio al vacío.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la filtración se lleva a cabo mediante una cinta al vacío.

10. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que la filtración se lleva a cabo mediante una prensa de tornillo.