ES2320623T3 - Producto de carbonato de calcio precipitado con grado de blancura mejorado y procedimiento de preparacion del mismo. - Google Patents
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Abstract
Un producto de carbonato de calcio precipitado que comprende una pluralidad de partículas de carbonato de calcio que tienen un tamaño de partícula medio menor de 1,0 µm, un grado de blancura TAPPI de al menos 97 y un valor de la pendiente 75/25 menor de 2,0.
Description
Producto de carbonato de calcio precipitado con
grado de blancura mejorado y procedimiento de preparación del
mismo.
Esta invención se refiere a un producto de
carbonato de calcio que tiene un grado de blancura mejorado y, más
particularmente, a un producto de carbonato de calcio precipitado de
calidad para revestimiento, que tiene un tamaño de partícula medio
menor de 1,0 micrómetros (\mum) y un grado de blancura TAPPI de al
menos 97 y un valor de la pendiente 75/25 menor de 2,0. La
invención se refiere también a una composición de papel que incluye
dicho producto de carbonato de calcio.
El carbonato de calcio, CaCO_{3}, se encuentra
de manera natural en forma de caliza, mármol, creta y coral. El
carbonato de calcio en polvo se produce por procedimientos químicos
o por el tratamiento mecánico de los materiales naturales. El
término carbonato de calcio precipitado se aplica a los tipos
comerciales del compuesto producidos químicamente en un
procedimiento de precipitación. Los productos precipitados son
generalmente de un tamaño de partícula más fino, tienen una
distribución del tamaño de partícula más uniforme y un mayor grado
de pureza química. Una amplia variedad de tamaños de partícula y de
formas de partícula de carbonato de calcio puede producirse
químicamente por los procedimientos de precipitación. El carbonato
de calcio se precipita habitualmente en forma de calcita, en la que
los cristales típicamente son de forma romboédrica, cúbica o
escalenohédrica, o en forma de aragonita, que es acicular. La
vaterita es otra forma precipitada de carbonato de calcio conocida
en la técnica que es metaestable. El carbonato de calcio precipitado
es una carga y pigmento extremadamente versátil que se utiliza en
una gran diversidad de productos fabricados que incluyen papel,
pintura, plásticos, goma, telas y tintas de impresión.
El carbonato de calcio precipitado (PCC) se usa
a gran escala en cargas para papel y aplicaciones de revestimiento.
El PCC se utiliza para aumentar la opacidad y el grado de blancura
del papel. Además de las deseables características de opacidad y
abrillantamiento, el PCC proporciona una alta resistencia al
amarilleamiento y envejecimiento del papel. En muchas aplicaciones
de revestimiento de alta calidad, se requiere un carbonato de calcio
de tamaño fino de partícula (tamaño de partícula medio <2
micrómetros). Es típicamente deseable que el carbonato de calcio
sea tan brillante como sea posible en estas aplicaciones de
revestimiento de alta calidad. Sin embargo, es difícil retirar las
impurezas finas de color oscuro que se introducen debido a la fuente
de cal quemada inicial, que se utiliza habitualmente como material
de partida en el procedimiento de precipitación de PCC. Dichas
impurezas tienen un impacto negativo sobre las propiedades de grado
de blancura y tono de los productos de reacción PCC resultantes
después del procesado. Más particularmente, la molienda en medio
húmedo es una etapa habitual en el procesado de PCC de calidad para
revestimiento. Se ha descubierto que la molienda en medio húmedo de
carbonato de calcio precipitado generalmente da como resultado
pérdidas significativas en el grado de blancura del pigmento debido
a la pulverización de las impurezas de color oscuro presentes en su
interior. Químicamente, una cal quemada es principalmente CaO,
aunque los ejemplos de las impurezas encontradas habitualmente en
la fuente de cal quemada incluyen pirita (sulfuro de hierro), óxidos
de hierro y magnesio, óxidos de hierro y calcio, sulfuro de calcio
y sílices cristalinas. A medida que el tamaño de partícula de las
impurezas de color oscuro se reduce por pulverización su potencia de
teñir de color aumenta drásticamente dando como resultado así
pérdidas significativas en el grado de blancura global del producto.
La pérdida de grado de blancura del pigmento de PCC por
pulverización puede ser del orden de 1,5 a 2,5 puntos, dependiendo
de la fuente de cal quemada inicial y del grado de
pulverización.
Gill et al (Nordic Pulp and Paper
Research Journal, vol. 4, Nº 2, 1989, pág. 120-127)
se refiere al estudio del rendimiento óptico de diversos carbonatos
precipitados con diferentes características físicas y describe
partículas de carbonato de calcio precipitado con un tamaño de
partícula medio de 1,05 \mum, una pendiente de distribución de
partículas de 1,29 y un grado de blancura seco de 97,4.
Hasta la fecha, para obtener un producto de PCC
de alta calidad con un grado de blancura aceptable, el material de
partida CaO que se utiliza debe ser de alta calidad, es decir, con
bajos niveles de impurezas. Si una fuente de cal quemada de alta
calidad no es fácilmente accesible, se añaden costes de logística
significativos, aproximadamente un 10%, al coste del producto de
PCC. Por consiguiente, el producto de PCC resultante es
relativamente caro.
La presente invención está diseñada para superar
los defectos analizados anteriormente. Un objeto de la invención es
proporcionar un producto de carbonato de calcio precipitado, de alta
calidad, que tenga un tamaño de partícula medio menor de 1,0
micrómetros, un grado de blancura TAPPI mayor de 97 y un valor de la
pendiente 75/25 menor de 2,0.
Un procedimiento de preparación de un producto
de acuerdo con la invención incluye proporcionar una fuente de
suministro que contiene calcio que contiene impurezas decolorantes.
La fuente de suministro es una suspensión de cal hidratada
(producida a partir del apagado de CaO) o una suspensión acuosa de
producto de carbonato de calcio. En un modo de la invención, la
suspensión de cal hidratada se somete a una separación magnética
usando un campo magnético de alto gradiente para retirar las
impurezas decolorantes. Después de esta purificación, la suspensión
de cal hidratada se carbonata entonces en un reactor para producir
un producto de PCC resultante de alto grado de blancura. Las
suspensiones de cal hidratada se denominan también habitualmente en
la bibliografía como lechada de cal (MOL). Más habitualmente, sin
embargo, la fuente de suministro que contiene calcio preferida es
un producto de reacción de PCC suministrado en forma de suspensión
desde un reactor de carbonatación. Posteriormente, la suspensión de
PCC se tamiza en fino a través de un tamiz de malla 325 (45 \mum)
para producir una suspensión de carbonato de calcio de calidad para
carga. La suspensión de carbonato de calcio de calidad para carga se
muele en húmedo para reducir el tamaño de partícula medio del
carbonato de calcio a menor de 2 micrómetros y liberar así las
impurezas decolorantes que estaban atrapadas en su interior. Las
impurezas decolorantes se separan entonces magnéticamente de la
suspensión de carbonato de calcio desaglomerado sometiendo la
suspensión a un campo magnético de alta intensidad. Después de la
etapa de separación magnética, la suspensión purificada puede
deshidratarse para producir un polvo seco; o como alternativa, la
suspensión de PCC puede quedar atrapada en forma acuosa y
concentrarse según se desee. En cualquier caso, el producto de
carbonato de calcio resultante preferiblemente tiene un tamaño de
partícula medio menor de 1,0 micrómetros, un grado de blancura TAPPI
mayor de 97 y un valor de la pendiente 75/25 menor de 2,0.
La Figura 1 es una representación gráfica que
muestra el efecto de tamizar la lechada de cal (MOL) sobre el grado
de blancura de los productos de PCC de calidad para carga y de
calidad para revestimiento resultantes producidos a partir de la
misma, y
La Figura 2 es una representación gráfica que
muestra el impacto de aumentar el tiempo de residencia en el imán
de la MOL sobre el grado de blancura del PCC de calidad para carga y
de calidad para revestimiento resultante producido a partir de la
misma.
De acuerdo con el sumario anterior, la presente
invención se refiere a productos de carbonato de calcio precipitados
de alta calidad, que tienen un tamaño de partícula medio menor de 1
micrómetro, un grado de blancura TAPPI mayor de 97 y un valor de la
pendiente 75/25 menor de 2,0. Los productos de carbonato de calcio
precipitados de la presente invención se obtienen por una
combinación de separación magnética y tamizado fino. Más
específicamente, el procedimiento incluye proporcionar una fuente
de suministro que contiene calcio para separación magnética que
contiene impurezas decolorantes. La fuente de suministro de calcio
usada para preparar los productos de PCC es típicamente cal quemada
(CaO). La cal quemada se denomina también cal anhidra o caliza
calcinada. Las partículas decolorantes en la cal quemada parecen
consistir principalmente en óxido de hierro y calcio que se produce
probablemente durante la calcinación a alta temperatura de la caliza
natural como resultado de la presencia de impurezas piríticas.
Otras fuentes de suministro de calcinación para dar cal quemada
incluyen: creta, coral y mármol. La fuente de suministro de CaO
puede purificarse por separación magnética una vez que se ha
apagado en una suspensión de lechada de cal. La suspensión de
lechada de cal purificada se usa posteriormente después para
producir un producto de PCC de alto grado de blancura, de alta
calidad. Además, la fuente de suministro inicial que contiene
calcio para separación magnética puede ser un carbonato de calcio
precipitado como se describirá con más detalle a continuación.
Cuando la fuente de suministro inicial que
contiene calcio para separación magnética es un carbonato de calcio
precipitado, todo el procedimiento de la invención incluye la etapa
de añadir cal quemada a un apagador donde el CaO se hidrata para
producir lechada de cal (conocido también como hidróxido de calcio o
Ca(OH)_{2}). La suspensión de lechada de cal se
hidrata preferiblemente a aproximadamente un 20% de sólidos en peso,
sin embargo la hidratación puede tener lugar a diversos intervalos
del porcentaje de sólidos. La lechada de cal se tamiza entonces en
grueso a través de un tamiz de malla 140 a aproximadamente 50, y más
preferiblemente a través de un tamiz de malla 100. En el
procedimiento preferido, el Ca(OH)_{2} se tamiza
después en fino a través de un tamiz de aproximadamente malla 200 a
aproximadamente malla 500 y, aún más preferiblemente, a través de
un tamiz de malla 325 para retirar la arena y otra materia
particulada oscura. Debe observarse que la etapa de tamizado fino
puede tener lugar en otras fases del procedimiento de la invención
como se describirá más en detalle a continuación. El % de sólidos
de la suspensión tamizada en fino de Ca(OH)_{2} se
reduce entonces preferiblemente a aproximadamente del 12 al 15% en
peso. Posteriormente, la suspensión de hidróxido de calcio se
introduce en un reactor de PCC donde se carbonata para producir una
suspensión de carbonato de calcio precipitado. El producto que sale
del reactor de PCC se denomina en este documento suspensión de
carbonato de calcio precipitado de calidad para carga. Debe
observarse que la suspensión de PCC de calidad para carga puede
tamizarse en fino después de salir del reactor de PCC. Esta
suspensión de carbonato de calcio precipitado de calidad para
carga, después de dispersarla con un dispersante aniónico para
reducir su viscosidad, puede servir como una fuente de suministro
de calcio para separación magnética.
La suspensión de carbonato de calcio precipitado
de calidad para carga suministrada por el reactor de PCC es
típicamente de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 20% de
sólidos. En un procedimiento preferido, esta suspensión de PCC se
decanta a un PCC de calidad para carga que contiene aproximadamente
el 50% de sólidos en peso. La decantación se realiza
preferiblemente mediante deshidratación mecánica con una centrífuga.
Como alternativa, el producto de PCC puede filtrarse mediante una
prensa de filtros o dispositivos de filtrado similares.
Posteriormente, el PCC de calidad para carga se pone en una
mezcladora de alta velocidad de un tipo conocido en la técnica y se
dispersa en una suspensión de baja viscosidad, preferiblemente con
un dispersante aniónico tal como poliacrilato sódico (NaPA). El
dispersante se añade en este punto para mejorar la distribución de
los sólidos dentro de los líquidos y permitir una posterior
pulverización en húmedo eficaz. El dispersante se añade en una
cantidad suficiente para reducir y mantener la viscosidad Brookfield
de la suspensión a menos de aproximadamente 100 cps (a 20 rpm). Se
observa que tras la pulverización en húmedo, la viscosidad de la
suspensión aumenta.
Después de añadir el dispersante a la suspensión
y de obtener una buena distribución, la mezcla, que es
preferiblemente de aproximadamente el 50% de sólidos en peso, se
transfiere después a un medio de molienda para pulverización en
húmedo. Un molino de pulverización en húmedo preferido es un Molino
Drais fabricado por Draiswerke, Inc., Mahway, NJ. El molino Drais
es un medio de molienda de tipo horizontal. Para producir un
producto de revestimiento de PCC, la suspensión de PCC de calidad
para carga dispersada se muele entonces en húmedo para desaglomerar
el PCC en agregados más pequeños o en sus cristales individuales.
Como alternativa, la desaglomeración puede conseguirse mediante el
uso de una mezcladora de alta cizalla de tipo
rotor-estator. La forma de partícula romboédrica es
la forma de partícula preferida para PCC que se usa en aplicaciones
de revestimiento de alta calidad. Debe observarse que este
procedimiento puede aplicarse también para obtener otros productos
de PCC de tamaño de partícula fino, de calidad para revestimiento
de diversas morfologías y estructuras cristalinas.
Se ha descubierto que cuando el tamaño de
partícula del PCC molido se reduce a menos de 2 micrómetros, como
se mide mediante un analizador del tamaño de partícula Sedigraph
(Modelo 5100, fabricado por Micromeritics Instrument Corp.,
Norcross, GA), el grado de blancura cae a niveles indeseables. La
pérdida de grado de blancura parece ocurrir como resultado de la
pulverización de impurezas que contienen hierro que tiene lugar en
la fase del medio de molienda. El grado de blancura cae del orden
de 1,5 a 2,5 puntos (dependiendo de la fuente de cal quemada
inicial) cuando el tamaño de partícula se reduce a menos de 0,6
micrómetros. Para evitar la pérdida de grado de blancura, los
presentes inventores han descubierto que sometiendo la suspensión de
PCC molida a un campo magnético de alta intensidad, los
particulados oscuros "magnéticos" pueden separarse y puede
obtenerse una suspensión de PCC de alta pureza, de calidad para
revestimiento. Los factores que afectan a la separación magnética
incluyen la intensidad del campo magnético, la pureza de la matriz
de lana de acero empleada en la cubeta del imán, el % de sólidos de
la suspensión de PCC, la viscosidad de la suspensión y el tiempo de
residencia en el separador magnético.
Por consiguiente, el procedimiento incluye la
etapa de hacer pasar la suspensión de PCC molida, húmeda, a través
de un separador magnético de alta intensidad húmedo. Un tipo de
separador magnético conocido es un separador de partículas
magnéticas de flujo continuo del tipo descrito en la Patente de
Estados Unidos Nº 3.983.309 de Allen et al. Un separador
magnético preferido es el Separador Magnético de Alto Gradiente
(SMAG) disponible en Eriez Magnetics, Inc., Erie, PA; Pacific
Electric Motors, Inc. (PEM), Oakland, CA; Carpco, Jacksonville, FL;
y otros). Este separador magnético de alta intensidad es eficaz para
separar impurezas finas, de tamaño submicrométrico de una
naturaleza paramagnética, así como las partículas ferromagnéticas
que son más fuertemente magnéticas.
Como se ha indicado anteriormente, la etapa de
separación magnética puede tener lugar en otras fases del
procedimiento. Por ejemplo, las impurezas decolorantes pueden
retirarse magnéticamente de la suspensión de hidróxido de calcio
antes de su carbonatación en carbonato de calcio precipitado.
Además, la separación magnética puede tener lugar antes de o
inmediatamente después de la fase donde la suspensión de PCC de
calidad para carga se tamiza en fino. Sin embargo, se ha encontrado
que los beneficios del grado de blancura obtenido son mayores cuando
la suspensión de PCC molida, dispersada, se somete a una separación
magnética.
Después de la etapa de separación magnética, la
suspensión purificada puede deshidratarse para producir un polvo
seco; o como alternativa, la suspensión puede retenerse en forma
acuosa y concentrarse según se desee. La etapa de deshidratación se
realiza típicamente mediante un evaporador de una manera conocida en
la técnica. La suspensión purificada puede tamizarse también en
fino en esta fase. En cualquier caso, el producto de PCC resultante
preferiblemente tiene un tamaño de partícula medio de
aproximadamente menos de 1 micrómetro y un grado de blancura TAPPI
de como mucho 97. El procedimiento de grado de blancura TAPPI usado
en este documento es T646 om-86 "El grado de
blancura de la arcilla y otros minerales". El grado de blancura
se mide utilizando un medidor del grado de blancura Technibrite
Modelo TB-1C disponible en Technidyne Corporation,
New Albany, Indiana.
Para demostrar la eficacia del procedimiento, a
continuación se dan numerosos Ejemplos y Tablas ilustrativos. Los
Ejemplos I y II muestran el efecto de la separación magnética sobre
las características de grado de blancura y tono de muestras de
productos de PCC romboédricos preparados a partir de cal quemada de
Bedford y Marbleton, Quebec, Canadá, denominada en este documento
PCC de Bedford o PCC de Marbleton, respectivamente. Las fuentes de
suministro CaO en los Ejemplos I y II eran cales vivas de calidad
para PCC que tenían un contenido de Fe_{2}O_{3} menor del 0,2%
y un contenido de MnO menor del 0,007%. El contenido de hierro y
manganeso presente en el suministro de cal quemada se sabe bien que
tiene una relación directa sobre los valores de grado de blancura
obtenidos del PCC resultante. La cal quemada utilizada en los
Ejemplos I y II se hidrató en un apagador y después se convirtió en
un producto de PCC de calidad para carga de la manera descrita
anteriormente. El separador magnético utilizado en los Ejemplos I y
II era una unidad de imán a escala de laboratorio con una fuerza de
campo de 2 Tesla equipado con una matraz de lana de acero de fibra
ultrafina de 25-30 micrómetros utilizando un tiempo
de retención de 4 minutos con 4 cubetas. La intensidad de campo del
imán era de 20 kilogauss. Los productos de carga o revestimiento de
PCC suministrados al separador magnético eran de aproximadamente el
20% de sólidos. Para facilitar una buena separación magnética, se
añadió un dispersante de poliacrilato sódico Accumer 9300
disponible en Rohm & Haas, Philadelphia, Pensilvania a la
suspensión "suministrada magnéticamente" para reducir la
viscosidad a <50 cps a 20 rpm.
\newpage
\global\parskip0.900000\baselineskip
Ejemplo
I
(No forma parte de la invención
pero representa la técnica anterior útil para entender la
invención)
Se proporcionó una suspensión del 20% de sólidos
de PCC de Bedford (calidad para carga). El pigmento de PCC tenía un
grado de blancura TAPPI de 97,23, un tamaño de partícula medio de
1,23 micrómetros (Sedigraph) y un valor de la pendiente 75/25 de
1,76.
Los valores de tamaño de partícula "pendiente
75/25" en este documento son una medida de la distribución del
tamaño de partícula de un producto. Cuanto menor sea el valor de la
pendiente 75/25 más estrecha será la distribución del tamaño de
partícula. A la inversa, cuanto mayor sea el valor de la pendiente
75/25 más ancha será la distribución del tamaño de partícula. La
pendiente 75/25 de la partícula se mide como el valor de la
proporción del tamaño de partícula medido de un pigmento en
micrómetros en el percentil 75 dividido por el tamaño de partícula
medido en micrómetros en el percentil 25. Todas las mediciones del
tamaño de partícula se tomaron con un instrumento de tipo de
sedimentación por rayos X Micromeritics Sedigraph 5100, que usa la
ley de Stokes para determinar los diámetros de partícula. Por lo
tanto, un pigmento de revestimiento de PCC que tiene el 75% de sus
partículas < 0,8 micrómetros y el 25% de sus partículas < 0,4
micrómetros, por lo tanto, tendría un valor de la pendiente 75/25
de 0,8/0,4 = 2,0.
La suspensión de carga de PCC se procesó después
de una de las siguientes maneras:
1) La suspensión de PCC de calidad para carga se
tamizó en un tamiz de malla -325 y de malla -500. El producto
tamizado en malla -325 tenía un grado de blancura TAPPI de 97,25 y
el producto tamizado en malla -500 tenía un grado de blancura TAPPI
de 97,38.
2) La suspensión de calidad para carga se molió
en húmedo en un medio de molienda Drais hasta un tamaño de
partícula medio de 0,53 micrómetros, momento en el que presentaba un
grado de blancura TAPPI de 95,6 y una pendiente de 1,66. El
producto de revestimiento de PCC resultante se tamizó después en
malla -325, momento en el que presentaba un grado de blancura TAPPI
de 95,6 y en malla -500, momento en el que presentaba un grado de
blancura TAPPI de 95,62.
Como alternativa, la suspensión de PCC molida en
húmedo se sometió a una etapa de separación magnética y el producto
resultante tenía un tamaño de partícula medio de 0,52 micrómetros y
presentaba un grado de blancura TAPPI de 97,83 y una pendiente de
1,67. Posteriormente, el producto separado magnéticamente se tamizó
en malla -325, momento en el que presentaba un grado de blancura
TAPPI de 97,83 y en malla -500, momento en el que presentaba un
grado de blancura TAPPI de 97,85.
3) La suspensión de PCC de calidad para carga se
separó magnéticamente y el producto resultante tenía un tamaño de
partícula medio de 1,21 micrómetros (Sedigraph) y presentaba un
grado de blancura de 97,65 y una pendiente de 1,78. La suspensión
separada magnéticamente se tamizó después en malla -325, momento en
el que presentaba un grado de blancura TAPPI de 97,65 y en malla
-500, momento en el que presentaba un grado de blancura TAPPI de
97,67.
Como alternativa, el producto de carga separado
magnéticamente se molió en húmedo en un medio de molienda Drais
hasta un tamaño de partícula de 0,53 micrómetros, momento en el que
presentaba un grado de blancura TAPPI de 97,32 y una pendiente de
1,68. Posteriormente, el producto separado magnéticamente y molido
se tamizó en malla -325, momento en el que presentaba un grado de
blancura TAPPI de 97,30 y en malla -500, momento en el que
presentaba un grado de blancura TAPPI de 97,34. Se emplearon mallas
US convencionales. Como se usa en este documento, "malla
negativa" (- malla) significa que el material pasaba a través del
tamiz y "malla positiva" (+ malla) significa que el material
permanecía encima del tamiz. Por ejemplo un producto molido en
malla -325 pasa a través de un tamiz de malla 325 y, por lo tanto,
es más pequeño que la malla 325.
Como puede observarse en el Ejemplo I, los
mejores resultados, una mejora de 2,2 puntos, se obtuvieron por
pulverización en húmedo en primer lugar de la suspensión de PCC de
calidad para carga, separando después magnéticamente las impurezas
decolorantes y finalmente tamizando en fino el producto separado
magnéticamente resultante. Se observa también que cuando el PCC de
calidad para carga se somete a una separación magnética antes de la
pulverización en húmedo, los valores de grado de blancura disminuyen
sólo 0,3 puntos tras la pulverización comparado con una disminución
de 1,6 puntos tras la pulverización sin separación magnética
previa.
Ejemplo
II
(No forma parte de la invención
pero representa la técnica anterior útil para entender la
invención)
Se proporcionó una suspensión al 20% de sólidos
de PCC de Marbleton (calidad para carga). El pigmento de PCC tenía
un grado de blancura TAPPI de 97,23, a un tamaño de partícula medio
de 1,07 micrómetros (Sedigraph) y un valor de la pendiente 75/25 de
1,85. Esta suspensión se procesó después de una de las siguientes
maneras:
1) La suspensión de PCC de calidad para carga se
tamizó en malla -325 y en malla -500. El producto tamizado en malla
-325 tenía un grado de blancura TAPPI de 97,24 y el producto
tamizado en malla -500 tenía un grado de blancura TAPPI de
97,28.
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2) La suspensión de calidad para carga se molió
en húmedo en un medio de molienda Drais hasta un tamaño de
partícula medio de 0,53 micrómetros, momento en el que presentaba un
grado de blancura TAPPI de 95,91 y una pendiente de 1,77. El
producto de revestimiento de PCC resultante se tamizó después en
malla -325, momento en el que presentaba un grado de blancura TAPPI
de 95,90 y en malla -500, momento en el que presentaba un grado de
blancura TAPPI de 95,92.
Como alternativa, la suspensión de PCC molida en
húmedo se sometió a una etapa de separación magnética y el producto
resultante tenía un tamaño de partícula medio de 0,54 micrómetros y
presentaba un grado de blancura TAPPI de 97,95 y una pendiente de
1,68. Posteriormente, el producto separado magnéticamente se tamizó
en malla -325, momento en el que presentaba un grado de blancura
TAPPI de 97,96 y en malla -500, momento en el que presentaba un
grado de blancura TAPPI de 97,97.
3) La suspensión de PCC de calidad para carga se
separó magnéticamente y el producto resultante tenía un tamaño de
partícula medio de 1,11 micrómetros (Sedigraph) y presentaba un
grado de blancura de 98,00 y una pendiente de 1,90. La suspensión
separada magnéticamente se tamizó después en malla -325, momento en
el que presentaba un grado de blancura TAPPI de 98,01 y en malla
-500, momento en el que presentaba un grado de blancura TAPPI de
98,02.
Como alternativa, el producto separado
magnéticamente se molió en húmedo en un medio de molienda Drais
hasta un tamaño de partícula de 0,50 micrómetros, momento en el que
presentaba un grado de blancura TAPPI de 97,68 y una pendiente de
2,0. Posteriormente, el producto separado magnéticamente y molido se
tamizó en malla -325, momento en el que presentaba un grado de
blancura TAPPI de 97,67 y en malla -500, momento en el que
presentaba un grado de blancura TAPPI de 97,69.
Una vez más, el Ejemplo II demostró que los
mejores resultados, una mejora de 2,0 puntos, se obtuvieron por
pulverización en húmedo en primer lugar de la suspensión de PCC de
calidad para carga, separando después magnéticamente las impurezas
decolorantes y finalmente tamizando en fino el producto separado
magnéticamente resultante.
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Ejemplo
III
Dos productos de revestimiento de PCC
romboédricos (derivados de cal Bedford y Marbleton, respectivamente)
se produjeron para determinar el efecto de la fuerza del campo y el
tiempo de residencia sobre el grado de blancura final de los
productos de PCC separados magnéticamente. Los productos de
revestimiento de PCC en el Ejemplo III se produjeron al 20% de
sólidos pulverizando en húmedo las suspensiones de carga de PCC en
forma no dispersada a un tamaño de partícula medio de 0,52
micrómetros. Posteriormente, cada uno de los productos se dispersó
con Accumer 9300 NaPA y después se sometió a separación magnética en
condiciones de imán variables para determinar los efectos netos
sobre el grado de blancura del producto final. Se utilizó un imán
PEM, modelo de laboratorio, con 1 perforación "D x 20". Como
puede observarse en las Tablas I y II, se exploraron tiempos de
retención tan bajos como 1 minuto y fuerzas del campo magnético de 5
a 20 kilogauss.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
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El número de cubetas (denominado en las tablas
"cub") se refiere al volumen unitario de material que pasa a
través del imán y está relacionado con el tiempo de ciclo en el
imán. Cuantas más "cub", más eficaz será el procedimiento.
Como puede observarse a partir de la Tabla I, el grado de blancura
de una muestra compuesta de 8-12 cubetas era de
97,59, cayendo solo 0,27 puntos respecto al compuesto de
0-4 cubetas.
Las Tablas I y II demuestran que al procesar
suspensiones de revestimiento de PCC de bajo contenido de sólidos,
en forma dispersada, pueden conseguirse resultados eficaces de la
separación magnética basándose en la respuesta de grado de blancura
TAPPI con un tiempo de retención de 4 minutos mientras se utilizan
fuerzas del campo magnético tan bajas como 5 kG. Además, cuando se
utiliza un separador magnético a una fuerza del campo de 20 kG, se
utilizó satisfactoriamente un tiempo de retención tan bajo como un
minuto con un efecto negativo mínimo sobre los valores de grado de
blancura del PCC resultante. Para el producto de revestimiento de
PCC basado en Bedford, el grado de blancura TAPPI disminuyó menos
de 0,2 puntos cuando se usaron tiempos de retención de 2 minutos y
1 minuto, mientras que la disminución del grado de blancura
correspondiente para productos de revestimiento de PCC basados en
Marbleton era esencialmente cero.
Ejemplo
IV
Se proporcionó una suspensión de PCC de calidad
para carga al 50% y al 20% de sólidos (producida a partir de cal
Bedford) a la que se añadió el dispersante Dispex 2695 disponible en
Allied Colloids, Suffolk, Virginia, en una base activa del 0,8% en
peso. La cal quemada Bedford usada en la preparación del PCC de
calidad para carga tenía la siguiente composición de contaminantes
traza:
Fe_{2}O_{3} = 0,137%
MnO = 0,0041%
MgO = 1,21%
SiO_{2} = 0,697%
S = 8290 ppm
\vskip1.000000\baselineskip
Una parte de la suspensión de PCC, de calidad
para carga, dispersada, al 50% o al 20% de sólidos, se convirtió en
un producto de control de revestimiento de PCC pulverizándolo en
húmedo en un medio de molienda horizontal hasta un tamaño de
partícula diana medio de 0,57 micrómetros (Sedigraph) y un valor de
la pendiente 75/25 de aproximadamente 1,85. Las partes del producto
de carga de PCC se separaron magnéticamente al 50% de sólidos o al
20% de sólidos usando un separador magnético piloto Modelo A que
funcionaba a 16 kG usando diversos tiempos de retención y
diferentes números de cubetas. Posteriormente, los productos de PCC
de calidad para carga separados magnéticamente se molieron en
húmedo hasta un PCC de calidad para revestimiento con un tamaño de
partícula diana medio de 0,57 micrómetros.
El grado de blancura se midió en cada par de
productos de PCC de carga y de calidad para revestimiento para
demostrar el efecto de los diferentes parámetros de la separación
magnética sobre el PCC de calidad para revestimiento. El separador
magnético piloto Modelo A estaba equipado con una cubeta de 11,4 cm
de diámetro por 47,0 cm de longitud con una matriz de lana de acero
de 25 micrómetros. Todos los ensayos de separación magnética se
realizaron a 16 kG usando tiempos de retención de 0,5 a 4 minutos.
Las Tablas III y IV demuestran los efectos de la separación
magnética sobre las suspensiones de PCC de calidad para carga y de
calidad para revestimiento al 50% y al 20% de sólidos,
respectivamente.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Como puede observarse en las Tablas III y IV,
los mejores resultados de ensayo, como se refleja por la respuesta
de grado de blancura TAPPI, se obtuvieron cuando la suspensión se
diluyó de nuevo al 20% de sólidos para procesado a través del imán
frente al procesado realizado al 50% de sólidos. El PCC de calidad
para carga sometido a separación magnética y después molido en
húmedo perdió solo de 0,11 a 0,37 puntos de grado de blancura cuando
eran productos tratados al 50% de sólidos y de 0,05 a 0,19 puntos
cuando eran tratados al 20% de sólidos (las filas marcadas como
imán menos las filas marcadas como molido en húmedo). Esto se
compara con una pérdida de grado de blancura de 1,61 puntos para el
par de control que no se separó magnéticamente. Los productos de
PCC de calidad para revestimiento de la invención (filas marcadas
como molido en húmedo) mejoraron de 2,0 a 2,7 puntos el grado de
blancura comparados con el control de revestimiento.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
V
(No forma parte de la invención
pero representa la técnica anterior útil para entender la
invención)
Se proporcionó una cal quemada Bedford
convencional que tenía las siguientes impurezas:
Fe_{2}O_{3} = 0,177%
MnO = 0,0053%
MgO = 1,26%
SiO_{2} = 0,738%
S = 7050 ppm
\vskip1.000000\baselineskip
La cal quemada Bedford se apagó a una proporción
en peso de 4:1 de agua/cal a una temperatura de apagado de
aproximadamente 65ºC. Una vez finalizado el apagado, la suspensión
de lechada de cal (MOL) se tamizó a un tamaño de malla dado antes
de la reacción de carbonatación o se tamizó a través de un tamiz de
malla 100 y se sometió a separación magnética antes de la reacción
de carbonatación. En los experimentos de tamizado de MOL, se
emplearon tamices de malla 60, 100, 200, 250 y 325, respectivamente,
para retirar las partículas de impurezas gruesas. Para los
experimentos de separación magnética, se usó un Separador Magnético
de Alto Gradiente de 2,54 cm y se hizo funcionar a 20 kG usando
tiempos de retención de 1, 2 y 4 minutos. Los suministros de MOL
tamizados o separados magnéticamente se hicieron reaccionar después
en un reactor de PCC en condiciones de carbonatación típicas para
producir un producto de carga de PCC romboédrico que tiene un área
superficial BET de aproximadamente 7,5 m^{2}/g. Se añadió ácido
cítrico a estos suministros de MOL (a 3 kg/tonelada métrica) para
inhibir la formación de PCC coloidal durante la reacción. Los
productos de reacción PCC se tamizaron entonces después del reactor
en malla -325 y se sometieron a pulverización en húmedo no
dispersada, de bajo contenido de sólidos, para producir un producto
de PCC de revestimiento MPS de aproximadamente 0,6 micrómetros.
La Tabla V demuestra el efecto del tamaño del
tamiz sobre la MOL usada para formar el PCC de calidad para carga y
el PCC de calidad para revestimiento. La Figura 1 es una
representación gráfica que muestra el efecto que tiene el tamaño
del tamiz sobre el grado de blancura tanto de PCC de calidad para
carga como de calidad para revestimiento. La Tabla VI demuestra el
efecto de diversos tiempos de retención en el imán en una MOL
tamizada en malla 100 usada para preparar un PCC de calidad para
carga y de calidad para revestimiento. La Figura 2 es una
representación gráfica que muestra el efecto del tiempo de
residencia en el imán sobre el PCC de calidad para carga y el PCC
de calidad para revestimiento preparado a partir de MOL en malla
-100 separado magnéticamente.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Aunque la separación magnética del suministro de
MOL produjo mejoras de grado de blancura en el PCC de calidad para
revestimiento, la magnitud del beneficio de grado de blancura era
notablemente menor que la obtenida cuando se efectuó la etapa de
separación magnética sobre la suspensión de PCC molida en húmedo.
Más específicamente, al tiempo de retención más alto de 4 minutos a
20 kG, el grado de blancura TAPPI sólo mejoró aproximadamente de
0,8 a 0,9 puntos.
Se ha descubierto que este procedimiento para la
preparación de los productos de carbonato de calcio precipitados de
la invención es una alternativa económica para asegurar fuentes de
cal de alta calidad. Este procedimiento añade menos del 2% a los
costes de procesado del PCC de calidad para revestimiento, mientras
que los costes de transporte para una fuente de cal de alta calidad
pueden añadir típicamente un 10%.
Claims (3)
1. Un producto de carbonato de calcio
precipitado que comprende una pluralidad de partículas de carbonato
de calcio que tienen un tamaño de partícula medio menor de 1,0
\mum, un grado de blancura TAPPI de al menos 97 y un valor de la
pendiente 75/25 menor de 2,0.
2. Un producto de carbonato de calcio de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que las partículas tienen un grado
de blancura TAPPI de al menos 98.
3. Una composición de papel que incluye un
producto de carbonato de calcio precipitado de acuerdo con la
reivindicación 1 o la reivindicación 2.
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