ES2200143T3

ES2200143T3 - Procedimiento para añadir una carga a una pulpa a base de fibras de celulosa.

Info

Publication number: ES2200143T3
Application number: ES97660013T
Authority: ES
Inventors: Petri Silenius; Markku Leskela; Johan Gullichsen; Esa Halinen
Original assignee: M Real Oyj
Current assignee: Metsa Board Oyj
Priority date: 1996-02-20
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 2004-03-01
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: FI960774A0; ATE241039T1; CA2198045A1; JPH09316794A; AU1478197A; CA2198045C; FI100670B; EP0791685B1; NO970760L; NO970760D0; NO316605B1; DE69722054D1; DE69722054T2; AU712365B2; EP0791685A2; EP0791685A3; FI960774A; US6436232B1; NZ314272A

Abstract

ESTA INVENCION SE RELACIONA CON UN PROCESO DE ADICION DE UN RELLENO EN UNA PULPA BASADA EN FIBRAS DE CELULOSA, EN EL QUE FLUIDIFICA LA PULPA Y SE AÑADE EL RELLENO A LA MISMA. PREFERIBLEMENTE, SE AGITA LA PULPA EN EL ESTADO FLUIDIFICADO MIENTRAS SE AÑADE EL RELLENO. PREFERIBLEMENTE, LA PULPA TIENE UNA CONSISTENCIA MEDIA CUANDO SE AÑADE EL RELLENO. PREFERIBLEMENTE, EL RELLENO AÑADIDO EN LA PULPA ES HIDROXIDO DE CALCIO Y EL CARBONATO DE CALCIO ES PRECIPITADO CON DIOXIDO DE CARBONO.

Description

Procedimiento para añadir una carga a una pulpa a base de fibras de celulosa.

La presente invención se refiere a un procedimiento para añadir una carga a una pulpa a base de fibras de celulosa, tal como se define en el preámbulo de la reivindicación 1.

"Pulpa a base de fibras de celulosa" en este contexto se refiere a pulpas usadas en la industria del papel y de la pulpa, producidas mediante métodos químicos o mecánicos a partir de plantas o partes de plantas que contienen lignocelulosa, tal como madera o plantas con un tallo herbáceo, a partir de las que se ha extraído la lignina o en las que la lignina se conserva parcial o completamente, tal como la celulosa, la pulpa de madera, la pulpa mecánica de refinadora, mezclas de éstas, material fino que se obtiene de éstas y/o derivados de éstas. "Papel" se refiere a los diferentes tipos de papel y cartón, revestidos o no revestidos, producidos con una máquina de papel y cartón.

Actualmente, la tendencia a desarrollar productos de papel está determinada cada vez más por los compradores de estos productos y por las medidas legislativas. Los compradores de papel para impresión quieren economizar en los costes de franqueo y reducir la cantidad de desperdicio producido. Además, se han impuesto gastos del procesado de desperdicios que dependen del peso en los materiales de envasado. Generalmente, parece que se han añadido tasas de energía y pérdida como una imposición extra al precio de los productos de papel. Por estos motivo, los compradores de papel quieren productos de papel que tengan un gramaje inferior que todavía cumpla con los requisitos de alta calidad.

Debido a la tendencia general del desarrollo descrito anteriormente, es necesario producir papel de alta calidad usando una cantidad reducida de materia prima. Cuando el gramaje del papel es reducido, su densidad se convierte en una propiedad crítica. En muchas aplicaciones, una propiedad incluso más crítica es la rigidez del papel, que se reduce mucho a medida que la densidad aumenta. Esto conduce a una necesidad de alterar la estructura del papel, de manera que se reduzca su densidad al mínimo. Esto impone requisitos adicionales sobre las materias primas del papel y sobre los procesos de producción del papel.

Para que las comunicaciones en papel sigan siendo competitivas con respecto a la comunicación eléctrica, la calidad de impresión de los productos de papel debe mejorarse adicionalmente. Considerando la fuerte tendencia hacia la reducción del gramaje del papel, el desarrollo gradual y lento de los diferentes tipos de papel no es suficiente en esta situación, sino que, en cambio, es necesario un desarrollo más intensivo de la calidad del papel.

Durante varios años, se han realizado investigaciones en el uso de cargas para cargar los poros y las cavidades en la fibra de pulpa química. Según las investigaciones, las ventajas incluyen una mejor retención de la carga en la fabricación del papel, la posibilidad de aumentar el contenido de carga del papel, disminuir la suciedad y el desgaste de la tela metálica y disminuir el desprendimiento de fibras del papel. Scallan et al., han informado del uso de dióxido de titanio a este respecto. Las memorias descriptivas de las patentes US-A-2.583.548 y 3.029.181 describen métodos mediante los cuales se precipita carbonato de calcio en y sobre las fibras usando dos sales que tienen una buena solubilidad en agua, por ejemplo, el cloruro de calcio y el carbonato de sodio. El método tiene el inconveniente de que produce un subproducto soluble que ha de lavarse antes de que se usen las fibras para la producción del papel. Esto aumenta la cantidad de agua necesaria, que es el motivo por el que el método no es muy viable. Otro inconveniente con estos métodos son los cambios químicos que tienen lugar sobre la superficie de la fibra de pulpa química, lo que supone una reducción significativa en los valores de resistencia del papel cuando tales fibras se usan en la fabricación del papel.

La memoria descriptiva J-A-62-162098 describe un procedimiento por el que se añade dióxido de carbono en una suspensión hídrica de pulpa química e hidróxido de calcio, con el resultado de que precipita el carbonato de calcio. El método tiene el inconveniente de que el tratamiento se lleva a cabo a una consistencia baja de la pulpa química. En este caso, precipita una proporción significativa del carbonato en la solución a granel y sobre la superficie de las fibras, en lugar de dentro de las fibras, dando como resultado una resistencia del papel bastante baja. Además, a una consistencia baja de la pulpa química, es elevada la cantidad de agua necesaria y también el volumen de los reactores de cristalización necesarios a escala industrial, lo que resulta caro. En la actualidad, el objetivo es reducir la cantidad de agua usada, siendo el propósito final la circulación cerrada. Debido a esto, es cuestionable la puesta en práctica del procedimiento descrito anteriormente a una consistencia baja de la pulpa de papel.

La memoria descriptiva US-A-5.223.090 que representa la técnica anterior más reciente describe un método en el que se realiza la precipitación del carbonato de calcio con hidróxido de carbono en una refinadora de disco bajo presión en una suspensión de pulpa química de consistencia media (valores de consistencia del 5 - 15% en peso). El papel producido mediante este método tiene mejores propiedades de resistencia en comparación con los métodos de carga anteriores. Un inconveniente significativo con este método es el rápido desgaste de los discos de la refinadora, debido a que el carbonato de calcio y su materia prima, el hidróxido de calcio, producen un gran desgaste. Además, el procedimiento comprende, antes de la precipitación del carbonato, una fase de baja consistencia durante la que el hidróxido de calcio se mezcla con la pulpa química. Por tanto, la cantidad de agua necesaria no es, de hecho, en absoluto inferior a la de los métodos anteriores, lo que limita la aplicabilidad del método en la producción.

La precipitación del carbonato de calcio con dióxido de carbono a una consistencia elevada de la pulpa química se ha sometido a ciertas limitaciones, debido al hecho de que si la consistencia sobrepasa el 2%, el mezclado eficaz de las suspensiones de pulpa química se hace más complejo y más difícil. Esto se debe a que las fibras de celulosa en el agua tienden a formar flóculos en los que las fibras se enganchan unas a otras. Este fenómeno se ha investigado ampliamente desde los años 50 y se ha establecido que la floculación es un efecto mecánico que se produce siempre cuando la consistencia de la fibra en la suspensión sobrepasa un valor crítico. Para las fibras de pulpa, esta consistencia límite es muy baja, inferior al 0,1%.

El objeto de la presente invención es eliminar los inconvenientes descritos anteriormente. Un objeto específico de la invención es presentar un nuevo procedimiento para añadir una carga a una pulpa a base de fibras de celulosa, de manera que la adición pueda llevarse a cabo de una manera controlada en una suspensión de consistencia media.

Un objeto adicional de la invención es presentar un nuevo procedimiento para añadir una carga a una pulpa a base de fibras de celulosa, de manera que se logre una mejor retención de la carga y que los agentes de carga no se eliminen por el lavado con el agua durante el proceso de producción de papel. Un objeto adicional de la invención es presentar un nuevo procedimiento para añadir una carga a una pulpa a base de fibras de celulosa, de manera que la resistencia a la flexión del papel fabricado a partir de la pulpa sea mayor que cuando se usan cargas comerciales. Un objeto adicional de la invención es eliminar los problemas en el manejo del agua de procesado que se producen por las cargas que se eliminan por el lavado con el agua durante el proceso. Un objeto específico de la invención es presentar un procedimiento para añadir una carga en una pulpa, de manera que el procedimiento permita el uso de un mayor contenido de carga en el papel que antes, de manera que también se logre una buena retención.

En cuanto a las características distintivas de la invención, se hace referencia a la presente reivindicación 1.

La invención se basa en investigaciones exhaustivas. Durante las investigaciones, se estableció que la tendencia de una suspensión de fibras a flocular depende de muchos factores, pero el factor más importante es la consistencia de la suspensión. En las suspensiones de fibras de consistencia media, las fibras normalmente floculan mucho. La floculación puede reducirse influyendo en el estado de flujo de la suspensión. Se encontró en las investigaciones que en un estado suficientemente intensivo del flujo, la suspensión se comporta como un fluido newtoniano en un estado turbulento. La transición a tal flujo se denomina más adelante en el presente documento fluidización de una suspensión.

La energía requerida para la fluidización generalmente es inferior a 5 kW/l y está indicada por el par motor y la velocidad de rotación del rotor juntos. En las investigaciones anteriores realizadas por Gullichsen et al., se ha establecido que la consistencia de la pulpa tiene un efecto en el par motor requerido para la fluidización, aunque en un estado fluidizado no hay diferencias entre las pulpas que tienen consistencias diferentes. Sin embargo, para las pulpas de consistencia media, el par motor necesario para mantener el flujo uniforme en el estado fluidizado, es algo superior que para el agua.

Los métodos para llevar una suspensión de fibras al estado fluidizado y en general, para la fluidización de una suspensión de fibras, se describen en las publicaciones siguientes: J. Gullichsen y E. Härkönen, Medium Consistency Technology I. Fundamental Data, Tappi 64(6), 69 (1981); C.P.J. Bennington, R.J. Kerekes y J.R. Grace, Motion of Pulp Fibre Suspensions in Rotary Devices, Canadian Journal of Chemical Engineering 69, 251 (1990); M. Toumisaari, Kuitusus-pensioiden reologinen käyttäytiminen, PCS Communications 19, Keskuslaboratorio (1991); M. Touomisaari, J. Gullichsen y J. Hietaniemi, Floc Disruption in Medium-Consistency Fiber Suspensions, Proc. 1991 International Paper Physics Conference, TAPPI Press, 609 (1991); Chen Ke-fu y Chen Shu-mei, The Determination of the Critical Shear Stress for Fluidization of Medium Consistency Suspension of Straw Pulps, Nordic Pulp and Paper Research Jounal 6(1), 20 (1991) y R. S. Seth, D. W. Francis y C.P.J. Benningnton, The Effect of Mechanical Treatment During Medium Stock Concentration Fluidization on Pulp Properties, Appita 46 (1), 54 (1993).

La invención se basa en fluidizar una pulpa y añadir una carga inorgánica en ella. Por tanto, la carga inorgánica se añade, por ejemplo, en una pulpa de celulosa usada como una materia prima de papel cuando la pulpa está en el estado fluidizado o usando fluidizaciones sucesivas periódicas. La pulpa se agita preferiblemente en el estado fluidizado cuando se está añadiendo la carga.

La comparación del procedimiento de la invención con el método descrito en la memoria descriptiva US-A-5.223.090 mencionada anteriormente, permitió establecer que, en la memoria descriptiva de referencia, se lleva a cabo la precipitación en un estado no fluidizado; por ejemplo no se produce la fluidización en la refinadora. Por el contrario, según la presente invención, la precipitación se realiza expresamente cuando la suspensión de pulpa química está en el estado fluidizado.

Cuando se está añadiendo la carga, la consistencia de la pulpa a base de fibras de celulosa puede estar en consistencia media con una consistencia >5% en peso, preferiblemente > 10% en peso, hasta el 15%, incluso el 18% en peso, niveles de consistencia a los que nunca fue posible lograr anteriormente las ventajas facilitadas por el procedimiento de la presente invención.

El procedimiento de la invención puede aplicarse realizando los siguientes tratamientos, mientras la suspensión de fibra está en el estado fluidizado o usando fluidizaciones sucesivas periódicas.

-: Cargar los poros y/o los lúmenes de fibras a base de fibras de celulosa precipitando carbonato de calcio en los poros y/o el lumen en la pared de las fibras de pulpa química (in situ).

-: Producir aglomerados porosos de carbonato de calcio precipitando carbonato de calcio (in situ) en presencia de un material fino a base de fibras de celulosa, tal como un material fino obtenido a partir de fibras de pulpa química, pulpa mecánica o pulpa mecánica de refinadora.

Por tanto, la suspensión de fibras está en el estado fluidizado cuando se añade hidróxido de calcio y se realiza la precipitación de carbonato con dióxido de carbono. Cuando la carga es carbonato de calcio producido precipitándolo mediante el método del dióxido de carbono, generalmente hay un intervalo óptimo para el contenido de materias primas de carbonato de calcio en el reactor de precipitación o cristalizador. En el intervalo óptimo, la cristalización puede realizarse de manera económica y controlada. Si el carbonato de calcio cristaliza en fibras (in situ) en una consistencia baja, no es posible conseguir ni mucho menos el intervalo económico de contenido de hidróxido de calcio, que es del 7-15% en peso de Ca(OH)_{2} del peso total de la mezcla. En los cristalizadores de consistencia baja, puede alcanzarse un contenido máximo de hidróxido de calcio de aproximadamente el 2% en peso y en consistencias ventajosas con respecto al flujo de pulpa, sólo un contenido del 0,3% en peso del peso total. Por este motivo, cuando se trabaja a un nivel de consistencia baja, la cristalización tendría que llevarse a cabo usando grandes cristalizadores de consistencia baja y una gran cantidad de agua.

Cuando se lleva a cabo la precipitación en una mezcladora de consistencia media mediante el método de la invención, se logra fácilmente un contenido de hidróxido de calcio del 7,5% en peso del peso total de la mezcla, que ya está en el intervalo económico. Realizando la precipitación en consistencia media, puede alcanzarse ventajosamente un contenido de hidróxido de calcio de hasta el 18% en peso del peso total de la mezcla.

Cuando se aplica el procedimiento de la invención, por el que se precipita carbonato de calcio en los poros y/o el lumen de la pared de la fibra, el tamaño de los reactores y la cantidad de agua requerida son considerablemente inferiores que cuando se trabaja a una consistencia de fibras baja.

Según la invención, para las fibras con el poro cargado, la cantidad de carga contenida en los poros de la pared de la fibra y en el lumen puede ser del 0-30% en peso, hasta el 50% en peso, incluso el 60% en peso, preferiblemente el
0-13% en peso. Para las fibras con el lumen cargado, la cantidad de carbonato de calcio contenido en los poros de la pared de la fibra y en el lumen puede ser del 0-30% en peso, hasta el 50% en peso, incluso el 60% en peso, preferiblemente el 0-15% en peso. Las fibras cargadas pueden tener un contenido de carga de más del 0% en peso, por ejemplo, más del 1% en peso, posiblemente más del 5% en peso. En la fabricación de los aglomerados porosos de carbonato de calcio, la relación de masas del Ca(OH)_{2} y la materia fino puede ser del 10-2000% en peso, preferiblemente del
140-400% en peso.

La pulpa del aglomerado poroso de cristal de carbonato de calcio producida mediante el método descrito anteriormente, obtenida mediante la precipitación del carbonato de calcio en los poros de la pared y/o del lumen de la fibra (in situ) y/o mediante la precipitación del carbonato de calcio en presencia de un material fino a base de fibras de celulosa, puede secarse y usarse tras el secado o puede usarse inmediatamente como tal en su estado húmedo en la fabricación del papel. Generalmente, no es necesario el lavado de las fibras tras el tratamiento debido a la pequeña cantidad de agua a granel usada durante la precipitación, lo que significa que precipita menos carbonato sobre las superficies de la fibra durante la carga del poro y/o del lumen.

En el procedimiento de la invención, el carbonato de calcio puede cristalizarse generalmente a partir de soluciones acuosas que contienen iones de calcio y carbonato. En general, la reacción puede ser de tipo líquido/líquido, gas/líquido, líquido/sólido o gas/líquido/sólido.

En el método del dióxido de carbono, la reacción neta es:

(I)Ca(OH)_{2} + CO_{2} \Longleftrightarrow CaCO_{3} + H_{2}O

El carbonato de calcio precipita cuando el hidróxido de sodio reacciona según la ecuación de reacción. La forma mineral del carbonato de calcio y la forma y el tamaño de sus cristales pueden resultar influidos por el ajuste de las condiciones de la reacción. La dosis de Ca(OH)_{2} en relación con el peso de fibra puede ser del 0-200% en peso, generalmente es del orden del 10-30% en peso. El dióxido de carbono puede dosificarse ventajosamente directamente en el reactor de mezclado en el que se lleva a cabo la fluidización, preferiblemente en una proporción estequiométrica y en un estado bajo presión. Si se desea, también es posible usar un ligero exceso de dióxido de carbono. El dióxido de carbono puede suministrarse a una presión deseada, por ejemplo, 1-20 bares, preferiblemente 1-10 bares.

La precipitación del dióxido de carbono puede realizarse por lotes o de modo continuo. También pueden conectarse reactores de mezclado en paralelo y/o en serie. En la precipitación a una escala industrial, es posible usar un número adecuado de mezcladoras conectadas en paralelo y en serie, de manera que pueda procesarse la cantidad requerida de pulpa química y pueda lograrse una reacción completa. Generalmente no es necesario usar reactores sucesivos o reactores conectados en serie, porque la reacción también avanzará en recipientes facilitados posiblemente entre las mezcladoras cuando la mezcla de gases es buena.

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Tras la precipitación, puede añadirse a la pulpa fibrosa un producto químico, por ejemplo, almidón, que aglomere la carga, siendo la cantidad de tal producto químico, por ejemplo, el 0,1-4% en peso, preferiblemente el 2 \pm 1% en peso del peso de la carga.

La mezcladora usada en el procedimiento de la invención para la fluidización de la suspensión de fibras puede ser cualquier tipo de mezcladora que pueda producir fluidización, es decir, de llevar a la suspensión de fibras al estado fluidizado. La mezcladora puede ser, por ejemplo, una de tipo turbina, en la que la pulpa experimenta un efecto de mezclado intensivo. La mezcladora también puede facilitarse con un dispositivo de alimentación química para suministrar el producto químico que ha de precipitarse y el producto químico precipitante en la pulpa que ha de mezclarse. Una mezcladora adecuada es un reactor de mezclado que funciona a una presión de 1-20 bares, preferiblemente
1-10 bares y se facilita con equipo de alimentación de gas e hidróxido de calcio para suministrar Ca(OH)_{2} y dióxido de carbono gaseoso a las presiones indicadas en la pulpa que ha de mezclarse. La mezcladora puede ser un reactor por lotes o un reactor continuo.

El procedimiento de la invención y los pigmentos precipitados y/o añadidos en la pulpa, especialmente el carbonato de calcio precipitado en los poros y el lumen de las fibras, proporciona formas completamente nuevas de desarrollar las propiedades críticas de los productos de papel para impresión, mientras que al mismo tiempo se reduce el gramaje. Especialmente, el hecho de que pueda precipitarse el carbonato de calcio en las paredes y lúmenes de las fibras en una suspensión de pulpa química de consistencia media es nuevo e inesperado. Otra característica nueva es el hecho de que el carbonato de calcio puede precipitarse en presencia de material fino a base de fibras de celulosa, en consistencia media, produciendo aglomerados porosos de cristal de carbonato de calcio que se mantienen juntos mediante fibrillas de material fino, aglomerados que pueden usarse directamente como tales en la fabricación del papel en una proporción deseada con respecto a la pulpa de papel.

La invención hace posible, especialmente cuando se usa el procedimiento con pulpas de consistencia media, mantener un contenido de materia seca relativamente elevado de la pulpa, en comparación con el procesado convencional a una consistencia inferior. Por tanto, el procedimiento puede ponerse en práctica a una escala industrial, usando un equipo de tamaño relativamente pequeño, que no es posible cuando la pulpa se procesa a una consistencia baja.

Cuando se precipita el carbonato de calcio precipita explícitamente en la pulpa de consistencia media, el contenido de hidróxido de calcio de la materia prima puede mantenerse en el intervalo óptimo, lo que permite un mejor control de la precipitación.

Además, el procedimiento permite una mejora significativa con respecto a la eficacia del uso de la energía.

Además, la invención hace posible lograr una reacción muy rápida (formación y precipitación de CaCO_{3}) y, por tanto, un corto tiempo de procesado, cuando se usa una mezcladora bajo presión y, dióxido de carbono, preferiblemente gaseoso. El dióxido de carbono usado en el procedimiento puede ser principalmente puro o impuro y puede contener otros gases. Es especialmente ventajoso usar el dióxido de carbono obtenido a partir de los gases de combustión o usar los gases de combustión como tales; la concentración del dióxido de carbono es, por ejemplo, del orden del 15 \pm 5%.

Además, el procedimiento de la invención permite que se logre una retención de la carga muy buena en la fabricación del papel.

Además, cuando se realiza la carga del poro y/o del lumen en consistencia media, precipita menos carbonato de calcio fuera de las fibras, porque la cantidad de agua a granel es pequeña. Por este motivo, las propiedades de resistencia del papel producido son mejores en comparación con los métodos de carga de la técnica anterior. Especialmente, la resistencia a la flexión del papel es mayor que en los grados de papel correspondientes en los que se han añadido las cargas mediante técnicas convencionales.

Además, cuando se usa pulpa producida por el método de la invención para la fabricación del papel, el papel tendrá una densidad baja, lo que es una ventaja en una situación en la que se desea un gramaje inferior del papel.

El procedimiento de la invención es aplicable para su uso en la fabricación de todos los tipos de papel y cartón. Sin embargo, el área principal de aplicación es la fabricación de los grados de papel para uso en oficina.

A continuación, se describe la invención en detalle con la ayuda de ejemplos de realización, en referencia a los dibujos adjuntos, en los que

la figura 1 presenta un diagrama de un aparato según la invención,

la figura 2 presenta un diagrama de otra mezcladora usada en el aparato de la invención,

las figuras 3a-3c presentan fotografías aumentadas al microscopio electrónico de fibras individuales en una suspensión de fibras tratada mediante el procedimiento de la invención tras la precipitación del carbonato de calcio, y

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las figuras 4a-4d representan la densidad, estanqueidad ISO, resistencia a la flexión y resistencia a la tensión del papel producido usando las pulpas procesadas por el procedimiento de la invención, en comparación con las pulpas en las que se han añadido cargas comerciales de carbonato de calcio de una manera convencional.

La figura 1 muestra un diagrama que representa un aparato continuo diseñado para poner en práctica el procedimiento de la invención. El aparato comprende un reactor 1 de mezclado dotado de un conducto 2 de entrada de la pulpa para el suministro de la pulpa en el interior del reactor y de un conducto 3 de salida para extraer continuamente la pulpa del reactor. Además, el reactor está dotado de dispositivos 5 y 6 de alimentación para el suministro de una mezcla de hidróxido de calcio y gas dióxido de carbono, respectivamente, en el reactor. El reactor es un reactor a presión, que oscila en funcionamiento de 1-20 bares. El reactor está dotado con una mezcladora 7 y un motor de la mezcladora. Se dispone un dispositivo 8 de control, por ejemplo, un ordenador, para controlar el funcionamiento del aparato.

Cuando se aplica el procedimiento, la pulpa a base de fibras de celulosa, así como el carbonato de calcio y el dióxido de carbono, se suministran continuamente en el reactor 1. Al mismo tiempo, la pulpa se agita vigorosamente, de manera que la pulpa esté en el estado fluidizado. En esta situación, el carbonato de calcio precipita en el interior de los poros y el lumen de las fibras.

La figura 2 muestra una vista parcialmente seccionada de un reactor 1 de mezclado que pertenece a otro aparato diseñado para poner en práctica el procedimiento de la invención. El reactor es uno de tipo turbina y comprende varias palas 12 de turbina montadas sobre un eje 13. Las palas de turbina están en una posición ligeramente oblicua en relación con el eje, de manera que se creará una depresión y una sobrepresión en la caja 14 de la turbina en los lados opuestos de las palas de turbina. La parte superior de la caja de la turbina es de forma cilíndrica y tiene una cubierta 15 cilíndrica móvil especial que permite que se ajuste el volumen del cilindro a un tamaño deseado. La cubierta 15 se quita para permitir que se suministre la pulpa al interior de la cámara 14 de mezclado, después de lo cual, la cubierta se monta de nuevo. La cubierta 15 puede dotarse de, por ejemplo, un servomotor hidráulico para mover la cubierta y luego ajustar el volumen y la presión de la cámara 14. El aparato está dotado de una válvula 11 de toma de muestras para tomar muestras, un conducto 3 de salida para extraer la pulpa de la cámara de mezcla, un dispositivo 5 de alimentación para añadir la materia prima, por ejemplo, hidróxido de calcio en la pulpa, y un dispositivo 6 de alimentación de gas para añadir un gas precipitante, por ejemplo, dióxido de carbono, en la mezcladora. El aparato puede dotarse de varios dispositivos de alimentación para el suministro de diferentes productos químicos, productos químicos que han de precipitar, así como productos químicos precipitantes y aditivos, en el reactor. Además, el aparato puede dotarse de, por ejemplo, un dispositivo de control, tal como un ordenador, tal como se muestra en la figura 1, para controlar el aparato y calcular los resultados.

Ejemplo 1 Carga del poro de fibras de celulosa mediante precipitación de carbonato de calcio (in situ) en los poros en las paredes de las fibras de celulosa en una suspensión de fibras

El experimento se llevó a cabo usando un aparato, tal como se presenta en la figura 2. El volumen total de la cámara de mezclado de la mezcladora fue de 2,5 l y el motor de mezclado tenía una potencia de 5,5 kW, 3000 rpm.

En el experimento se proporcionó a la mezcladora pulpa química de madera de abedul en una consistencia del 10% en peso y una cantidad estequiométrica de hidróxido de calcio. Se determinó el pH de la mezcla y la mezcla se agitó antes de que comenzara la reacción de precipitación. La temperatura de la mezcla se ajustó a 18ºC, después de lo cual la temperatura ya no se controló. La reacción se inició mediante la alimentación de dióxido del carbono al 100% a la mezcladora y el progreso de la reacción se monitorizó mediante la observación de la presión del dióxido de carbono mientras se agitaba la mezcla en el estado fluidizado. Durante 25 s se alimentó una cantidad de dióxido de carbono que sobrepasaba en algo la cantidad estequiométrica requerida para la reacción. La velocidad de mezclado fue de 3000 rpm. Tras el mezclado, se dejó que reaccionara el dióxido de carbono, que estaba ahora distribuido muy uniformemente en la mezcla, durante 1 min sin agitar la mezcla, tras lo cual la mezcla se agitó durante 2 min a una velocidad de 400 rpm. Cuatro minutos después de la dosificación, la mezcla se agitó durante 20 s a 3000 rpm y 5 min tras la dosificación, se extrajo de la mezcladora el dióxido de carbono extra. Se midió la temperatura y el pH de la pulpa.

Para la pulpa así tratada, se analizó la forma y el tamaño de partícula del CaCO_{3} usando un microscopio electrónico (SEM). La forma mineral del CaCO_{3} se determinó mediante análisis de difracción de rayos X. Una vez lavadas las superficies externas de las fibras, se llevaron a cabo medidas de la ceniza sobre las fibras para establecer el contenido de CaCO_{3} dentro de las fibras.

Al realizar la precipitación en este experimento, el contenido de la carga en lo que se refiere al carbonato de calcio fue del 20% en peso para la precipitación 1 y del 30% en peso para la precipitación 2. La consistencia de la pulpa química fue del 10% en peso y su masa total fue de 100 g. Las cantidades de los productos químicos se muestran en la tabla 1.

TABLA 1

% contenido carga	mCaCO_{3}, g		mCa(OH)_{2}, g (estequiométrico)	mCO_{2}, g (estequiométrico)
20	25		18,51	10,99
		\Longrightarrow
30	42,86		31,73	18,85

En otras palabras, cuando se usaron en la reacción 18,51 g de Ca(OH)_{2} y 10,99 g de CO_{2}, se obtuvieron 25 g de CaCO_{3} como resultado, lo que corresponde a un contenido de la carga del 20% en peso. El Ca(OH)_{2} usado en la precipitación fue de calidad p.a.

Tal como se indica en las lecturas de presión del reactor de mezclado, la reacción se completó en la precipitación 1 en aproximadamente 3,5 min y en la precipitación 2 en aproximadamente 5 min tras el comienzo de la reacción. Esto se confirmó por las medidas del pH tras la precipitación, cuando el valor del pH fue de aproximadamente 7. Por tanto, la reacción fue muy rápida.

En proporción a la cantidad total de carbonato de calcio, el tiempo de reacción necesario fue sólo de aproximadamente el 14% de lo que es una consistencia baja y en presión normal cuando la cantidad de dióxido de carbono usado es del 15%. En otras palabras, basándose en los experimentos llevados a cabo, se logró más de 7 veces la precipitación del carbonato de calcio.

Según el análisis de difracción de rayos X, el carbonato de calcio precipitado consistía en calcita pura (principalmente romboédrica, redondeada). Las partículas distinguibles sobre la superficie de las fibras tenían un diámetro medio de aproximadamente 0,5 \mum. El carbonato de calcio en la pared de la fibra fue de un tamaño de cristal más pequeño. Cuando las fibras con el poro cargado se incineraron, quedó un esqueleto de fibras, que no se observó en el caso de las fibras sin una carga. Además, para las muestras de pulpa en las que se habían eliminado por lavado las partículas de carbonato de calcio de las superficies de la fibra, el contenido de la carga fue de aproximadamente el 10% en peso. Estos hechos indicaron que el carbonato de calcio estaba dentro de la pared de la fibra.

Las figuras 3a-3d presentan fotografías tomadas con un microscopio electrónico, que muestran las fibras tras la precipitación del carbonato de calcio. A partir de las fotografías puede observarse que el tamaño de las partículas de carbonato de calcio sobre la superficie de las fibras es excelente en lo que se refiere a las propiedades ópticas del papel. Aunque algunas de las partículas están sobre las superficies de las fibras, pueden utilizarse como una carga comercial añadida de la manera convencional entre las fibras. Los agentes de retención usados también pueden ser convencionales.

Ejemplo 2 Propiedades del papel cuando se usan fibras de pulpa química con los poros cargados en consistencia media

Para las pruebas en hojas, se usó la pulpa con los poros cargados tomada de la precipitación 2 del ejemplo 1, por lo que la pulpa tuvo un contenido de carbonato de calcio del 30% en peso tras la precipitación. Se produjeron hojas de 60 g/m^{2} en un molde de hoja de laboratorio. Los agentes de retención usados fueron el almidón catiónico, 0,8% en peso, y el ácido silícico BMA, 0,25% en peso de la masa del papel. La cantidad de carbonato de calcio en las paredes de la fibra en el papel se reguló alterando la cantidad de las fibras con los poros cargados, tal como se indica en la tabla 2 a continuación.

TABLA 2

Nº de series	Largo de	Fibra de madera de abedul	Fibra de madera	Contenido de carga
de hojas	la fibra	con los poros cargados	de abedul	objetivo en la hoja
1.	40%	12%	48%	\sim3,6%
2.	40%	24%	36%	\sim7,2%
3.	40%	36%	24%	\sim10,8%
4.	40%	48%	12%	\sim14,4%
5.	40%	0%	60%	0%
6.	40%	0%	60%	9% Albafil M PCC
7.	40%	0%	60%	\sim18% Albafil M PCC
Las series 5-7 de hojas fueron las muestras control.

La tabla 3 presenta las propiedades del papel de las muestras de papel producidas usando las fibras tratadas por el método de la invención y carbonato de calcio comercial (Albafil M, Specialty Minerals), respectivamente, como materias primas del papel; las fibras con los poros cargados no se lavaron externamente tras la precipitación, lo que es importante con respecto a la economía de agua y las soluciones del proceso en las aplicaciones prácticas.

TABLA 3

	1	2	3	4	5	6	7
contenido de la carga %	2,9	6,2	9,1	12,5	0	5,8	12,9
densidad, kg/m^{3}	542	534	535	526	580	570	565
claridad ISO, %	85,4	85,7	86,0	86,8	84,6	85,4	87,2
resistencia a la flexión, mNm	0,188	0,188	0,186	0,176	0,183	0,188	0,166
resistencia a la tensión, Nm/g	32,7	30,0	29,7	26,0	33,1	32,3	25,8

Los resultados también se muestran en forma de gráfico en las figuras 4a-4c.

Como materia prima para el papel, las fibras con los poros cargados en consistencia media según el procedimiento de la invención dieron una densidad del papel claramente inferior a la de las fibras no tratadas, junto con carbonato de calcio comercial (Albafil M, Specialty Minerals) y la claridad y la resistencia a la tensión del papel estuvieron en el mismo nivel. Debido a la menor densidad del papel, su resistencia a la flexión también fue claramente mejor cuando se usaron las fibras tratadas según el procedimiento de la invención como materia prima. La resistencia a la tensión fue claramente superior en comparación con los métodos de precipitación de la técnica anterior. Ha de observarse que las fibras usadas en este ejemplo no se lavaron en absoluto tras la fase de precipitación y todavía la resistencia a la tensión estuvo al mismo nivel que para el papel producido usando fibras no tratadas, junto con carbonato de calcio comercial. El buen valor de la resistencia a la tensión se debe más probablemente al hecho de que la cantidad de agua a granel en la pulpa de consistencia media es considerablemente más pequeña que en la pulpa de consistencia baja, lo que significa que se precipita menos carbonato de calcio en la solución a granel durante el proceso de precipitación y, por tanto, menos carbonato de calcio se adhiere a las superficies de la fibra.

El resultado logrado es muy bueno. Una densidad del papel inferior y una resistencia a la flexión superior contribuyen a reducir el gramaje del papel.

Según los ejemplos de la realización, el procedimiento de precipitación de la invención es superior con respecto a las propiedades del papel, en comparación con los métodos de precipitación anteriores.

Los ejemplos de realización están destinados a ilustrar la invención sin limitarla en modo alguno.

Claims

1. Procedimiento para añadir una carga en una pulpa a base de fibras de celulosa, caracterizado porque la pulpa está en una consistencia media y la pulpa está se fluidiza, después de lo cual se añade hidróxido de calcio en ella y la pulpa se agita en su estado fluidizado mientras que el carbonato de calcio se precipita introduciendo dióxido de carbono en la pulpa.

2. Procedimiento tal como se define en la reivindicación 1, caracterizado porque la pulpa se fluidiza al menos dos veces.

3. Procedimiento tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque la consistencia de la pulpa es del 5-18% en peso cuando se está añadiendo una carga.

4. Procedimiento tal como se define en la reivindicación 3, caracterizado porque el carbonato de calcio se precipita con 1-100% de gas dióxido de carbono a una presión de 1-20 bares.

5. Procedimiento tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque la relación de masas del hidróxido de calcio y las fibras de celulosa durante la precipitación es de 0,01-2.

6. Procedimiento tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque la temperatura de precipitación es de 5-150ºC, idóneamente de 10-90ºC, preferiblemente de 15-80ºC.

7. Procedimiento tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque la cantidad de carbonato de calcio contenido en las fibras cargadas es inferior al 30% en peso, hasta el 50% en peso, incluso del 60% en peso, preferiblemente inferior al 13% en peso.

8. Procedimiento tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque la pulpa a base de fibras de celulosa consiste en pulpa mecánica y/o pulpa mecánica de refinadora o material fino obtenido a partir de éstas.

9. Procedimiento tal como se define en la reivindicación 8, caracterizado porque la pulpa a base de fibras de celulosa consiste principalmente en material fino y porque se añade hidróxido de calcio en la pulpa y se precipita el carbonato de calcio con dióxido de carbono, siendo la relación de masas del hidróxido de calcio y el material fino durante la precipitación de 0,1-20, preferiblemente de 1,4-4.

10. Procedimiento tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque se añade en la pulpa una sustancia que aglomera la carga en una cantidad del 0,01-6% en peso, preferiblemente del 1-2% en peso de la masa de la carga.

11. Procedimiento tal como se define en la reivindicación 10, caracterizado porque se añade almidón a la pulpa.