ES2298176T3 - Procesos para la preparacion de composiciones de carbonato de calcio precipitado y sus productos. - Google Patents
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Abstract
Proceso para la preparación de una composición de carbonato de calcio precipitado (PCC), que comprende las etapas de molienda en húmedo de una suspensión acuosa de PCC, en el que dicha molienda se lleva a cabo en una pluralidad de etapas de molienda separadas; la deshidratación parcial de dicha suspensión de PCC molido en la presencia de un dispersante orgánico en una centrifugadora de tambor sólido en forma de cesta; y la operación de someter dicha suspensión de PCC centrifugada en la presencia de un dispersante orgánico a unas fuerzas de cizalladura de fluido en una mezcladora de rotor y estator.
Description
Procesos para la preparación de composiciones de
carbonato de calcio precipitado y sus productos.
Esta invención se refiere a la preparación de
unas composiciones de carbonato de calcio precipitado (PCC) y los
productos de composición de PCC resultantes. Más particularmente, la
invención se refiere a la preparación de composiciones de carbonato
de calcio precipitado (PCC) que presentan una viscosidad de alta
cizalladura reducida en forma de suspensión acuosa, y que contienen
unas partículas de PCC de una distribución de tamaño de partícula
más reducida, al tiempo que se reducen los requerimientos de etapas
de preparación de coste relativamente elevado, tales como los
procedimientos de deshidratación por evaporación. Los productos de
composición de carbonato de calcio precipitado preparados mediante
la invención son especialmente útiles como pigmento para el
recubrimiento de papel y como relleno, entre otros.
El carbonato de calcio precipitado es un
adyuvante para recubrimiento, relleno y pigmento extremadamente
versátil que se emplea en una amplia variedad de productos
comerciales entre los que se incluyen papel, pintura, plásticos,
goma, textiles y, tintas de impresora. El carbonato de calcio
precipitado (PCC) se utiliza a gran escala en particular en las
aplicaciones de rellenado y recubrimiento de papel. El PCC se
utiliza para aumentar la opacidad y el brillo del papel, entre
otros. Además de mejorar las características de opacidad y brillo
del papel, el PCC también proporciona una alta resistencias al
amarilleo y al envejecimiento del papel. El PCC ofrece ventajas
económicas sobre otros aditivos convencionales utilizados para
aumentar
\hbox{la opacidad y el brillo del papel, tales como
arcilla calcinada o dióxido de titanio.}
En la práctica, muchas máquinas de recubrimiento
de papel contemporáneas operan a altas velocidades de
funcionamiento, en las que la composición del recubrimiento del
papel se aplica a una cara de una base de pasta de papel en
movimiento utilizando un aplicador de recubrimiento de rasqueta.
Como consecuencia, la composición del recubrimiento del papel se
encuentra con unas fuerzas de alta cizalladura durante dicha
aplicación de recubrimiento por rasqueta, lo que hace deseable
disponer de una composición de recubrimiento para papel que muestre
una baja viscosidad en condiciones de alta cizalladura de manera
que sea lo suficientemente fluido para formar un recubrimiento
uniforme y fino cuando se aplica a la base de pasta de papel. Un
impedimento para alcanzar dicha fluidez de alta velocidad es que
las composiciones de recubrimiento para papel deben emplear un
contenido en sólidos relativamente alto con el fin de mantener los
requerimientos de secado del recubrimiento, lo que generalmente
tiende a aumentar la viscosidad. Por ejemplo, las composiciones de
recubrimiento para papel compuestas de suspensiones acuosas que
contienen PCC presentan aproximadamente el 70% en peso o más de
contenido total de sólidos. Sin embargo, una vez de haberse
aplicado como recubrimiento sobre un papel base, una composición de
recubrimiento para papel necesita mantenerse relativamente inmóvil
de manera que no se desplace o se desprenda, para preservar el
recubrimiento aplicado uniformemente. De esta manera, es también
deseable que la composición del recubrimiento para papel pueda
asumir un comportamiento de viscosidad relativamente alta justo a
continuación de emerger de las condiciones de alta cizalladura
asociadas con la aplicación de recubrimiento por rasqueta. De esta
manera, ha existido un reto en impartir un carácter reológico,
prácticamente seudoplástico, estable, en una composición de una
suspensión de recubrimiento para papel, a diferencia de un
comportamiento dilatante, cuyos términos se definen de manera
personalizada para los fluidos no Newtonianos. Es decir, la
viscosidad aparente de un material fluido seudoplástico decrece con
el aumento de la velocidad de cizalladura, al contrario del
comportamiento reológico de un material fluido dilatante que
presenta una viscosidad aparente que aumenta con el incremento de
la velocidad de cizalladura. Además, la búsqueda o persecución del
carácter reológico, prácticamente seudoplástico deseado para las
composiciones de recubrimiento para papel no puede darse a expensas
de las propiedades de dispersión de luz requeridas por el PCC.
Idealmente, las mejoras de las propiedades de comportamiento óptico
del PCC de alguna manera se proporcionarían conjuntamente con las
mejoras reológicas deseadas, todas ellas en una única composición
que contiene PCC.
La técnica anterior ha propuesto la manipulación
de los procedimientos de preparación utilizados para realizar
suspensión de PCC en aras de mejorar las propiedades finales de la
composición de PCC resultante utilizada en las aplicaciones de
recubrimiento de papel. Por ejemplo, la patente estadounidense US nº
5.833.747 de Bleakley et al. describe un esquema de un
proceso para fabricar pigmentos de recubrimiento para papel en el
que una suspensión de agregados de partículas de PCC producida
mediante la carbonatación de leche de cal es sometida a las etapas
de deshidratación parcial utilizando un filtro de presión tubular
conjuntamente con una etapa de trituración o molienda utilizando un
molino de atrición de pasada única equipado con un motor de 250
caballos (186 kW) y que contiene arena de sílice como medio de
molienda de tal manera que se disipan por lo menos 100
kW-h de energía por tonelada seca de PCC en la
suspensión de PCC (en el que la secuencia de las etapas de
deshidratación parcial y trituración o molienda, opcionalmente,
puede intercambiarse). Bleakley et al. describen un producto
de PCC dispuesto con una distribución del tamaño de partícula tal
que el 70% de las partículas presentan un diámetro esférico
equivalente inferior a un micrómetro y por lo menos el 50 por ciento
\hbox{de las partículas presentan un diámetro esférico
equivalente inferior a 0,5 micrómetros.}
La patente estadounidense US nº 5.789.442 de
Nishiguchi et al. describe un procedimiento para producir
una suspensión acuosa de PCC adecuada para las composiciones de
recubrimientos para papel en el que una suspensión de PCC es
sometida a una dispersión primaria en presencia de un agente de
reducción de la viscosidad utilizando una mezcladora como las del
tipo "Cowles" y unos dispersantes de agitación; y a
continuación se añade carbonato de calcio molido seco y la
suspensión resultante se somete a un proceso de mezclado nuevamente
con mezcladoras del tipo "Cowles" y dispersantes de agitación
como un tratamiento de dispersión secundario; seguido de un
tratamiento de dispersión terciario en el que la suspensión de
carbonato de calcio es sometida a un tratamiento de molienda con
arena, preferentemente utilizando de entre 2 y 4 ejecuciones o
ensayos del tratamiento de molienda con arena y también con la
mezcla de un agente de reducción de la viscosidad. Se utiliza el
procedimiento descrito en la patente estadounidense US nº 5.879.442
para proporcionar una suspensión acuosa de partículas de carbonato
de calcio (carbonato de calcio con un porcentaje en peso total de
entre el 70% y el 85%) con un tamaño medio de partícula de entre
0,2 \mum y 2,0 \mum y un área superficial específica de entre 5
m^{2}/g y 25 m^{2}/g, y en el que la suspensión tiene una
viscosidad no superior a 1.000 cP a 25ºC y una viscosidad de alta
cizalladura no superior a 200 cP a 25ºC.
Ha existido una necesidad de desarrollar
suspensiones acuosas de PCC incluso de mayor calidad adecuadas para
aplicaciones de recubrimiento de papel que puedan realizarse de una
manera rentable.
La presente invención alcanza los objetivos
indicados anteriormente y otros objetivos proporcionando un único
procedimiento para la preparación de composiciones de PCC de tal
manera que las composiciones de PCC resultantes están dotadas de
una viscosidad de alta cizalladura reducida en forma de suspensión
acuosa y a altos contenido en sólidos y contienen partículas de PCC
de una distribución del tamaño de partícula más reducida. Según otro
aspecto de la invención, el coste adicional de otra manera asociado
con el uso de procedimientos de deshidratación por evaporación para
aumentar el contenido en sólidos del PCC en una suspensión de PCC o
asociado con la adición de pigmento de CaCO_{3} seco para
construir sólidos para la suspensión pueden reducirse o incluso
eliminarse mediante una sencilla modificación de la invención
realizada en una operación de decantación dentro del flujo del
proceso según esta invención. La presente invención es
particularmente adecuada para proporcionar suspensiones de PCC
útiles para aplicaciones de recubrimiento de papel que incluyen
recubrimientos para papel de pasta química de bajo gramaje y de
gramaje de medio, aunque tiene una aplicabilidad más amplia y no se
limita en modo alguno a las mismas.
Como forma de realización general de la
invención, existe un proceso para la preparación de una composición
de carbonato de calcio precipitado (PCC), que comprende la etapa de
molienda en húmedo con medio de molienda de una suspensión acuosa
de PCC llevada a cabo mediante la carbonatación de leche de cal,
llevándose a cabo la molienda a un bajo contenido en sólidos en una
pluralidad de etapas de molienda separadas estando esencialmente
libre de la presencia del dispersante orgánico. Tras la etapa de
molienda en húmedo de múltiples etapas, la suspensión de PCC molido
se deshidrata parcialmente en presencia de un dispersante orgánico
en una centrifugadora con tambor sólido en forma de cesta. A
continuación, la suspensión de PCC parcialmente deshidratada se
somete, en presencia de un dispersante orgánico, a unas fuerzas de
cizalladura de fluido creadas en una mezcladora de tipo
rotor/estator. Aunque estas tres etapas se utilizan ventajosamente a
la vez en un único flujo de proceso de preparación de PCC para un
efecto óptimo, las etapas individuales también pueden incorporarse
individualmente o en combinaciones menores de las mismas en
diferentes esquemas de fabricación de PCC para un efecto
beneficioso.
Según un aspecto de la invención, las partículas
de PCC de una suspensión de PCC crudo y sintetizado con un
contenido en sólidos relativamente bajo (por ejemplo, de entre el
15% en peso y el 25% en peso de PCC) son sometidas a una molienda
en húmedo con medio de molienda de múltiples etapas (incluyendo un
modo de pasada múltiple a través de un único molino o conduciendo
la suspensión a través de una serie de molinos separados). Se ha
descubierto que es posible moler las partículas de PCC de esta
manera a un valor relativamente bajo de la relación de partículas
de PCC con respecto al número de partículas del medio de molienda
presentes en los ensayos de molienda (es decir, la "relación de
partículas P/M") y estando libre o esencialmente libre de la
presencia de dispersantes orgánicos con el fin de alcanzar una
distribución del tamaño de partícula significativamente mejorada
(más reducida) (es decir, pendiente reducida) en comparación a las
partículas de PCC sometidas a trituración o molienda en una única
pasada de molienda de alta de energía y/o tal como se realiza en
medios con un alto contenido en sólidos (por ejemplo, > 50% en
peso en sólidos) en presencia de un dispersante orgánico. La
utilización de la molienda de múltiples etapas sirve para compensar
el tiempo de estancia más largo de otra manera asociado con la
molienda al bajo valor de la relación de partículas de
PCC/partículas del medio de molienda anteriormente indicado según
esta forma de realización de la invención. Las condiciones de
molienda anteriormente indicadas de esta forma de realización de la
invención proporcionan una trituración o molienda en la que los
aglomerados de las partículas de PCC primarias que típicamente
surgen durante la síntesis anterior del PCC resultan partidos de
manera eficaz, pero sin moler las partículas primarias liberadas
para formar una cantidad de partículas finas y ultrafinas que de
manera no deseada ampliarían la distribución del tamaño de
partícula. La distribución del tamaño de partículas más reducida
alcanzada por esta forma de realización de la invención se traduce
en una mejoría de los efectos de brillo y de opacidad para
aplicaciones de recubrimiento de papel debido al compactado de las
partículas de pigmentación menos eficiente que se obtiene dada la
ausencia general de partículas finas. La terminología
"esencialmente libre" se refiere a que si se encuentra
presente algún agente orgánico dispersante en el momento de la
molienda, se encuentra presente en unas cantidades tan escasamente
favorables que el valor de la pendiente 75/25, definido en la
presente memoria, puede todavía reducirse por debajo del valor de
1,8 mediante el procesamiento de la invención. En ningún caso se
encuentra presente alguna cantidad de agente orgánico dispersante
durante la etapa de molienda en húmedo con medio de molienda que
sea igual o mayor al 0,01% en peso en base al peso en seco del
carbonato de calcio en la suspensión en ese punto. El tamaño medio
de partícula de las partículas de PCC de las suspensiones de PCC
con alto contenido en sólidos obtenido mediante el procesamiento
según esta invención generalmente será de entre aproximadamente
0,25 \mum y aproximadamente 2,0 \mum, y más típicamente de entre
aproximadamente 0,5 \mum y aproximadamente 1,0 \mum, y dentro
de una distribución del tamaño de partícula relativamente reducida,
tal como lo define una pendiente (factor de inclinación) inferior a
aproximadamente 1,8, y más preferentemente inferior a
aproximadamente 1,75. La "pendiente", término según se utiliza
en esta invención, se refiere al valor cociente del valor de
diámetro por debajo del cual se encuentra el diámetro del 75% de las
partículas (como numerador), dividido por el valor de diámetro por
debajo del cual se encuentra el diámetro del 25% de las partículas
(como denominador), en el que el tamaño de las partículas se mide
mediante un analizador de tamaño de partículas Sedigraph. De hecho,
mediante la presente invención se pueden alcanzar incluso valores
de pendiente inferiores a valores de entre 1,6 y 1,7 de manera
rutinaria. Las suspensiones de PCC alimentadas al procedimiento de
molienda en húmedo con medio de molienda de múltiples pasadas de la
invención pueden ser suspensiones de PCC precipitado recién hechas,
o suspensiones de PCC crudo no tratado (es decir, no dispersado, no
triturado o molido, no deshidratado) que se han realizado
anteriormente, se han almacenado y suministrado, como las
suspensiones de PCC de con una calidad de partículas gruesas
comercialmente disponibles aplicables.
Según otro aspecto de la invención, se ha
descubierto que las suspensiones de PCC que son sometidas a la etapa
de centrifugación con tambor sólido en forma de cesta en un estado
disperso según otro aspecto de la invención alcanzan una
deshidratación tan considerable que el alto contenido de sólidos
resultante de la suspensión de PCC parcialmente deshidratada (es
decir, de hasta aproximadamente el 75% en peso de sólidos) permite
reducciones en demandas para procedimientos de deshidratación por
evaporación costosos separados en el flujo del proceso, si no es
que permite la completa eliminación de los mismos.
Según todavía otro aspecto de la invención, se
ha descubierto que las suspensiones de PCC con un alto contenido en
sólidos, como los que tienen más del 70% en peso de sólidos, pueden
ser sometidas a una etapa de mezclado en línea de alta cizalladura
llevada a cabo utilizando una mezcladora de rotor y estator con el
fin de proporcionar una propiedad de viscosidad de alta cizalladura
reducida, pero sin sacrificar las propiedades favorables de
distribución de partículas y de tamaño medio de partícula de las
partículas de PCC tratadas (tal como se dispone en una etapa de
molienda de múltiples etapas indicada anteriormente por otro aspecto
de la invención). Por ejemplo, una suspensión de PCC de un alto
contenido en sólidos sometida al mezclado en línea de alta
cizalladura por medio de una mezcladora de rotor y estator según
esta etapa del proceso de la invención puede alcanzar una
viscosidad de cizalladura de Hercules de 18+ dinas a 935 RPM
("A-bob" @ 1.110 RPM), indicativa de una
fluidez de alta cizalladura.
Por consiguiente, las suspensiones acuosas de
PCC preparadas mediante esta invención son considerablemente útiles
para aplicaciones de recubrimiento de papel ya que producen un color
de recubrimiento para papel que presenta una excelente fluidez de
alta cizalladura bajo una rasqueta de aplicación para permitir
aplicar unos recubrimientos uniformes a rollos de papel continuo
que se mueven a gran velocidad, pero que tienen una movilizad
reducida tras habérseles aplicado el recubrimiento de manera que
éste no se desplace o se desprenda). Se dispone una carbonato de
calcio precipitado de un tamaño de partícula fino (es decir, tamaño
medio de partícula < 2 micrones) dentro de una distribución de
tamaño de partícula reducida (es decir, a una pendiente < 1,8).
Las suspensiones de PCC con alto contenido en sólidos de esta
invención muestran un comportamiento reológico dilatante
considerablemente reducido comparado con las suspensiones de
pigmento de recubrimiento de PCC procesadas mediante medios
convencionales. Además, se ha observado que las suspensiones de PCC
de esta invención y las composiciones de recubrimiento para papel
que las contienen son reológicamente estables a lo largo del
tiempo.
Las suspensiones de PCC compuestas de
estructuras de cristal calcítico de PCC, y preferentemente en forma
de partículas con forma romboédrica, son preferentemente, aunque no
exclusivamente, procesadas mediante esta invención para
proporcionar unas suspensiones de PCC de alta calidad adecuadas para
su uso en aplicaciones de recubrimiento de papel. Para garantizar
de la mejor manera la estabilidad reológica, las partículas de PCC
que se procesan según la invención preferentemente presentan una
forma de cristal calcítico con forma romboédrica.
La Figura 1 muestra un diagrama de flujos de
proceso de un esquema de procesamiento y preparación de suspensiones
de PCC comparativa.
La Figura 2 muestra un diagrama de flujos de
proceso de una forma de realización del esquema de procesamiento y
preparación de suspensiones de PCC de la invención.
Las Figuras 3A a 3C son unas ilustraciones
representativas de diferentes vistas de unos dispositivos
mezcladores de alta cizalladura, en línea y de tipo de rotor y
estator utilizados según el proceso de la invención.
La Figura 4 es una ilustración, con fines
comparativos, de una mezcladora de tipo Cowles.
Las Figuras 5A a 5B muestran los valores del
tamaño medio de partícula de Sedigraph (MPS) de un pigmento de
recubrimiento de PCC, en micrones, trazados como unas curvas de
contorno contra unos porcentajes en peso de la cantidad en sólidos
de las suspensiones de PCC molido versus el tiempo de
estancia en el molino (por pasada), en segundos, para unos
experimentos de molienda en húmedo que fueron llevados a cabo a unas
velocidades de rotor del molino de 1.500 FPM (Figura 5A) y 2.000
FPM (Figura 5B), respectivamente.
Las Figuras 6A a 6B muestran los valores de la
pendiente 75/25 del pigmento de recubrimiento de PCC trazados como
curvas de contorno contra porcentajes en peso de la cantidad en
sólidos de la suspensión de alimentación de PCC alimentada al
molino versus el tiempo de estancia en el molino (por
pasada), en segundos, para unos experimentos de molienda en húmedo
que fueron llevados a cabo a unas velocidades de rotor del molino
de 1.500 FPM (Figura 6A) y 2.000 FPM (Figura 6B),
respectivamente.
Las Figuras 7A a 7C muestran un conjunto de
curvas de contorno en las que el tamaño medio de partícula de
Sedigraph (en micrones) resultante (Figura 7A), el valor de la
pendiente 75/25 (Figura 7B), y el número de pasadas a través del
molino (Figura 7C), cada uno es trazado respectivamente como una
curva de contorno contra la velocidad del rotor del molino (en FPM)
versus el tiempo de estancia en el molino (por pasada), en
segundos, para unos experimentos de molienda en húmedo de PCC que
fueron todos ellos llevados a cabo con unas suspensiones de PCC con
un contenido de sólidos del 20% en peso.
La Figura 8 muestra esquemáticamente un diagrama
de flujos de una disposición de un dispositivo mezclador de alta
cizalladura, en línea y de tipo de rotor y estator con un evaporador
según una forma de realización de la invención.
Según el sumario descrito anteriormente, la
presente invención se refiere a un flujo de proceso para la
realización de composiciones acuosas de PCC, que incorpora tres
etapas de procesamiento complementarias útiles para el tratamiento
de carbonato de calcio precipitado, que pueden emplearse
individualmente o conjuntamente en un esquema de procesamiento de
PCC, para mejorar el producto de PCC y el rendimiento del
procesamiento.
La Figura 1 es representativa de un flujo de
proceso convencional del tipo generalizado 100 para la fabricación
de PCC en forma de una suspensión acuosa con un alto contenido de
sólidos. La cal 1 es alimentada a un apagador de cal 2 equipado con
una rejilla gruesa en su salida para formar una suspensión acuosa de
hidróxido de calcio 2', es decir, leche de cal ("MOL"). La MOL
2' es alimentada a un reactor de PCC 3, por ejemplo, un recipiente
equipado con unos deflectores y un agitador de diseño convencional
para este propósito (no mostrado). Se alimenta gas de dióxido de
carbono 2'' u otra fuente adecuada de carbonatación al reactor de
PCC 3 y se mezcla con la MOL 2' bajo unas condiciones de reacción
de formación de PCC, tales como temperatura, pH y condiciones
temporales, apropiadamente controladas para formar las formas de
cristal de PCC y los tipos de partículas deseados. Tal como se
entiende generalmente, en la química de formación de PCC típica, en
primer lugar se apaga cal quemada (óxido de calcio) mediante la
adición de agua para formar una suspensión acuosa de hidróxido de
calcio. A continuación este hidróxido de calcio se reacciona con
dióxido de carbono para precipitar carbonato de calcio a
aproximadamente un contenido en sólidos de entre el 16% y el 22%.
Continuando con relación a la Figura 1, se retira la suspensión de
carbonato de calcio precipitado 3'' del reactor 3 y se alimenta a
través de una rejilla fina 4 dimensionada para retirar grava,
obteniéndose una suspensión de PCC 4' de aproximadamente entre el
18% en peso y el 20% en peso lista para un postprocesamiento. Se
lleva a cabo la deshidratación en un decantador 5, tal como un
clasificador centrífugo húmedo, o alternativamente con un filtro de
vacío, u otra máquina de deshidratación convencional utilizada para
este propósito, para proporcionar una suspensión de PCC 5' de
aproximadamente el 50% en peso. En la práctica convencional, el
carbonato de calcio precipitado se deshidrata sin la utilización de
ningún dispersante orgánico cuando se utiliza un decantador con
tambor sólido en forma de cesta (es decir, una centrifugadora de
decantación) para proporcionar aproximadamente un contenido en
sólidos del 50%. A su vez, la suspensión 5' parcialmente
deshidratada, es alimentada a un dispersor 6 en el que se combina
una cantidad eficaz de un adyuvante orgánico de dispersión 7, tal
como poliacrilato de sodio 7, y se mezcla. Por ejemplo, se añade un
dispersante de poliacrilato de sodio a la suspensión de PCC con un
contenido de sólidos del 50% tras lo cual la suspensión de PCC
dispersado 6' se almacena, en caso de desearlo o considerarlo
necesario, y a continuación se alimenta a una máquina de molienda en
húmedo con medio de molienda para partículas finas 9 para llevar a
cabo una molienda en húmedo de partículas finas (desaglomeración)
de la suspensión de PCC dispersado. Al ser pasada a través de un
molino de perlas horizontal de Drais o equivalente 9, el producto
de PCC convencional típicamente es molido a un tamaño medio de
partícula de entre 0,5 \mum y 0,8 \mum con un valor de
pendiente 75/25 de entre 1,75 y 2,0 o superior. En este punto, la
suspensión de PCC molido 90' con un contenido en sólidos de
aproximadamente el 50% es conducida fluidamente a un evaporador 10
para efectuar una deshidratación necesaria adicional para conseguir
un contenido en sólidos en el producto de suspensión de PCC 11 de
aproximadamente entre el 72% en peso y el 74% en peso.
Por el contrario, la Figura 2 es representativa
de una forma de realización no limitativa, ilustrativa, del flujo
de proceso 200 de la presente invención utilizado para fabricar un
PCC para recubrimiento en forma de suspensión acuosa con un alto
contenido en sólidos. Se alimenta cal 20 a un apagador de cal 21
equipado con una rejilla gruesa en su salida para formar una
suspensión acuosa de hidróxido de calcio 21', es decir, la leche de
cal o MOL. La MOL 21' es alimentada a un reactor de PCC 22, que
puede ser similar en la estructura básica al reactor descrito para
la Figura 1. Se alimenta dióxido de carbono 21'' al reactor de PCC
22 y se mezcla con la MOL 21' bajo unas condiciones de reacción de
formación de PCC, tales como temperatura, pH y condiciones
temporales, apropiadamente controladas para formar el cristal de PCC
y los tipos de partículas deseados.
La suspensión de PCC 22' de partículas gruesas y
recién reaccionada (Figura 2) que se postprocesa utilizando los
nuevos procedimiento descritos en la presente memoria puede
fabricarse según químicas de reacción convencionales para ello,
tales como las que se han descrito anteriormente. Pueden producirse
químicamente una amplia variedad de morfologías de carbonato de
calcio y tamaños de partícula por medio de la reacción de
precipitación manipulando apropiadamente las condiciones del
proceso. El carbonato de calcio por lo general se precipita en forma
de formas cristalinas de vaterita, aragonita o calcita. Los
cristales de calcita típicamente son de forma romboédrica,
prismática o escalenoédrica, mientras que la forma del cristal de
aragonita es acicular o de forma de aguja. Los cristales de PCC
pueden agregarse a partículas más grandes o esencialmente pueden no
agregarse dependiendo de las condiciones de la reacción de
precipitación y del postprocesamiento mecánico de las partículas de
PCC. En esta invención, son preferentes los cristales de tipo
calcita, y especialmente, los de formas romboédricas, aunque la
invención no se limita a los mismos y puede también incluir la
producción de formas escalenoédricas de calcita, o cristales de
aragonita de PCC. En general, resulta preferente con frecuencia la
utilización de estructuras de cristal de PCC en forma romboédrica
para aplicaciones de recubrimiento de papel ya que las suspensiones
acuosas de PCC preparadas según esta invención presentan unas
propiedades reológicas y de estabilidad muy buenas.
En cualquier caso, teniendo en cuenta estas
consideraciones, a continuación se retira la suspensión de carbonato
de calcio precipitado 22'' del reactor 22 y se alimenta a través de
una rejilla fina 23 dimensionada para retirar partículas gruesas
del producto (es decir, > 325 \mum) para proporcionar una
suspensión de PCC 23' con un contenido en sólidos de
aproximadamente entre el 15% en peso y el 25% en peso, más
habitualmente de aproximadamente entre el 18% en peso y el 20% en
peso, lista para un postprocesamiento según la invención. De manera
alternativa, en su lugar, la suspensión de PCC de partículas gruesas
recién reaccionada 22'' podría ser reemplazada por un PCC de
partículas gruesas obtenido de un vendedor comercial bien sea en
forma de suspensión o en forma de partículas secas que pueden
suspenderse para su utilización en esta invención. Si tener añadido
un agente dispersante orgánico, la suspensión de PCC dispersado con
bajo contenido en sólidos 23' es alimentada a una estación de
molienda en húmedo con medio de molienda de múltiples etapas 24. La
estación de molienda en húmedo con medio de molienda de múltiples
etapas 24, en una forma de realización, está compuesta de por lo
menos dos o más molinos separados 24a, 24b. La cantidad de energía
disipada a la suspensión de PCC en cada etapa de molienda 24a y
24b, o en cada pasada a través de un único molino en una forma de
molienda de múltiples etapas de múltiples pasadas, generalmente es
aproximadamente la misma. El número de etapas de molienda separadas
puede ser de dos o más.
De manera alternativa, la estación de molienda
en húmedo con medio de molienda de múltiples etapas 24 puede estar
compuesta de un único molino 24a, en la que la alimentación de
suspensión de PCC 23' es alimentada a través del único molino 24a
en múltiples pasadas utilizando la recirculación 24c (tal como lo
indican las líneas discontinuas en la Figura 2) previamente a que
la suspensión de PCC molido resultante 24' (tal como lo indican las
líneas discontinuas en la Figura 2) de dicho procedimiento de
molienda sea conducida al dispersor 25.
Los tipos de molino con medio de molienda en
húmedo utilizados como el molino 24a o como los molinos 24a y 24b
descritos anteriormente en una estación de molienda de múltiples
etapas 24 pueden ser, independientemente, molinos de bolas, molinos
con medio de molienda en húmedo verticales, molinos con medio de
molienda en húmedo horizontales, y similares. Un tipo preferente de
molino de molienda en húmedo utilizado en la práctica de esta
invención es el molino Drais fabricado por Draiswerke, Inc., Mahway,
NJ. El molino Drais es un molino con medio de molienda de estilo
horizontal.
Sorprendentemente, se ha descubierto y
verificado mediante experimentación, que la propiedad de pendiente
75/25 (distribución de tamaño de partícula) del PCC puede mejorarse
considerablemente (es decir, alcanzar una distribución de tamaño de
partícula más reducida) si la suspensión de PCC se muele en húmedo
con medio de molienda en múltiples etapas a bajos contenidos en
sólidos (por ejemplo, de entre el 15% en peso y el 25% en peso) y
con unos valores de relación relativamente bajos de partículas de
PCC iniciales con respecto al número de partículas de medio
molienda (es decir, la "relación de partículas P/M") presentes
en los ensayos de molienda sin la presencia de un agente
dispersante orgánico, a diferencia de utilizar una única pasada de
alta energía y/o de moler una suspensión de PCC orgánicamente
dispersado con un alto contenido en sólidos (por ejemplo, el 50% en
peso o más). La utilización de la molienda de múltiples etapas sirve
para compensar el mayor tiempo de estancia de otra manera asociado
con la molienda a la baja relación de partículas de PCC/partículas
de medio de molienda indicada anteriormente según esta forma de
realización de la invención. Las condiciones de molienda de esa
forma de realización de la invención indicadas anteriormente rompen
de manera eficaz los aglomerados de partículas primarias de PCC que
típicamente surgen durante la anterior síntesis del PCC, pero sin
moler las partículas primarias para formar una cantidad de
partículas finas y ultrafinas que ampliarían de manera no deseada
la distribución del tamaño de partícula. Además, esta mejora en
pendiente se logra utilizando la molienda en húmedo con medio de
molienda de múltiples etapas, no dispersada, sin crear de manera no
deseada un aumento de la propiedad de viscosidad de alta
cizalladura de la suspensión de PCC cuando se utiliza conjuntamente
con las otras etapas del proceso de la invención. Por consiguiente,
este procedimiento de molienda en húmedo con medio de molienda de
múltiples etapas o de múltiples pasadas, no dispersada y, con un
bajo contenido en sólidos, proporciona productos de PCC de calidad
de recubrimiento con una distribución de tamaño de partícula
mejorada (es decir, más reducida) según se mide mediante el valor de
pendiente 75/25.
La distribución del tamaño de partícula, o
"pendiente" para los fines de esta descripción, se define como
el cociente del valor de diámetro por debajo del cual se encuentra
el diámetro del 75% de las partículas (como numerador), dividido
por el valor de diámetro por debajo del cual se encuentra el
diámetro del 25% de las partículas (como denominador), y en el que
el tamaño de las partículas se mide mediante un instrumento del
tipo de sedimentación por rayos X Micromeritics Sedigraph 5100, que
utiliza la Ley de Stokes para determinar los diámetros de las
partículas esféricas equivalentes. Por lo tanto, un pigmento para
recubrimiento de PCC con el 75% de sus partículas < 0,85
micrones y con el 25% de sus partículas < 0,50 micrones tendría,
por tanto, un valor de pendiente 75/25 de 0,85/0,50 = 1,7.
Para un rendimiento de recubrimiento de papel
mejorado, resulta deseable una pendiente inferior a 1,8 y, más
preferentemente, inferior a 1,75. La presente invención puede
alcanzar valores de pendiente tan bajos como de entre 1,6 y 1,7. Es
decir, la pendiente es reducida desde un valor de aproximadamente de
entre 1,8 y 2,0, utilizando una etapa de molienda de pasada única,
hasta aproximadamente un valor de 1,7 o menor, utilizando el
proceso de molienda en húmedo con medio de molienda de múltiples
pasadas no dispersada. Es imperativo que las mejoras de pendiente
deseadas no se asocien a sacrificios en la viscosidad de alta
cizalladura de la suspensión, y la presente invención alcanza ese
objetivo. De esta manera, esta técnica de procesamiento produce un
producto de recubrimiento de PCC superior con un mayor valor para
el cliente.
Aunque en este punto no es deseable atarse a
ninguna teoría en particular, sin embargo se cree que la
distribución del tamaño de partícula reducida, lograda mediante el
procesamiento según un aspecto de esta invención, directamente se
traduce en un aumento en el brillo del papel. Más específicamente,
se cree que la distribución del tamaño de partícula más reducida
(es decir, pendiente más pequeña) impartida al PCC mediante la etapa
de molienda en húmedo con medio de molienda de múltiples etapas y
no dispersada según la invención reduce la opresión del compactado
de partículas obtenido en una papel recubierto, lo que de hecho
aumenta los espacios microvacíos disponibles entre las partículas.
Esta condición reduce la oportunidad de que partículas más pequeñas
llenen los huecos que hay entre partículas de un tamaño
relativamente más grande, que ocurriría en el caso en el que
estuviera implicada una distribución del tamaño de partículas más
amplia. Se cree que la propiedad de dispersión de luz del papel
recubierto se ve mejorada aumentando el número de espacios
microvacíos de entre las partículas. Es bien conocido para los
expertos en la materia que la presencia de dichos
micro-huecos hace que aumente la dispersión de luz
obteniéndose de esa manera la opacidad.
Volviendo a la Figura 2, a continuación, la
suspensión de PCC molido 24' es alimentada a un dispersor
convencional 25 en el que se combina una pequeña cantidad de agente
dispersante orgánico 26 y se mezcla. La suspensión de PCC molido
25' y a continuación dispersado es alimentada a una centrifugadora
con tambor sólido en forma de cesta 27, preferentemente una
centrifugadora con tambor sólido en forma de cesta Bird. Otro
descubrimiento sorprendente de esta invención es que la
deshidratación de la suspensión de PCC molido y dispersado permite
alcanzar contenidos en sólidos muy elevados, como por ejemplo de
hasta el 75% en peso o más. Estos contenidos en sólidos son lo
suficientemente altos como para poder reducir o incluso evitar los
requerimientos para someter la suspensión de PCC a una operación de
evaporación separada utilizando un evaporador costoso.
El dispersante o agente de dispersión orgánico
incorporado en la suspensión de PCC alimentada a la centrifugadora
con tambor sólido en forma de cesta puede encontrarse presente en
una cantidad de entre el 0,01% en peso y el 2,0% en peso, y más
específicamente, de entre el 0,6% en peso y el 1,0% en peso, en base
al peso en seco del PCC presente. El dispersante orgánico puede
seleccionarse de entre dispersante orgánicos y adyuvantes de
dispersión generalmente conocidos en la técnica para la dispersión
de carbonato de calcio. El dispersante puede comprender por ejemplo
un policarboxilato que puede ser un homopolímero o un copolímero que
contiene una unidad monómera que comprende un grupo olefínico o
vinilo, o un soluble en agua del mismo (por ejemplo, poliacrilato
de sodio). Entre los ejemplos de monómeros adecuados se incluyen
ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido itacónico, ácido maléico,
ácido fumárico, ácido crotónico, anhídrido maléico, ácido
hidroxiacrílico, etcétera. El peso molecular medio en número del
policarboxilato típicamente es de entre 500 y 12.000, según se mide
mediante la cromatografía de permeación en gel. El dispersante puede
ser poliacrilato de sodio, tal como el comercialmente disponible
COLLOID 211, fabricado por by Vinings Industries Inc. of Marietta,
Georgia, o ACUMER 9300, fabricado por Rohm & Haas, Philadelphia
Pennsylvania, o el dispersante DISPEX 2695, disponible en Allied
Colloids, Suffolk, Virginia (por ejemplo añadido en base a un peso
activo del 0,8%).
La experimentación ha mostrado que cuando se
alimenta una suspensión de PCC dispersado y desaglomerado con un
contenido en sólidos de entre el 15% en peso y el 25% en peso, más
típicamente de entre el 18% en peso y el 20% en peso, a una
centrifugadora con tambor sólido en forma de cesta, puede obtenerse
una deshidratación hasta obtener una cantidad en sólidos de entre
el 70% y el 80%. En ausencia de un dispersante químico, la misma
suspensión de PCC con un contenido en sólidos de entre el 18% y el
20% puede deshidratarse para obtener solamente un contenido en
sólidos de aproximadamente el 50%. La utilización de un dispersante
para alcanzar sólidos de una mayor deshidratación es de alguna
manera algo inesperado, según el conocimiento convencional de que
normalmente se obtienen mejores tasas de deshidratación en una
centrifugadora de decantación y mayores contenidos sólidos
resultantes cuando los productos de pigmentación son alimentados a
la centrifugadora en una forma no dispersa y, floculada. En la
presente invención, se entiende que la utilización de un dispersante
ayuda a liberar agua que se encuentra asociada al producto de PCC,
especialmente en el caso de PCC con forma romboédrica, de manera
que sale más agua libre por el flujo superior de salida de la
centrifugadora y por consiguiente, por el flujo inferior de salida
sale un producto de PCC con un contenido en sólidos superior.
Aunque en este punto no es deseable atarse a ninguna teoría en
particular, sin embargo se cree que los agregados de PCC compuestos
por cristales de PCC con forma romboédrica presentan una mayor
porosidad y de esta manera una mayor retención de agua. Se cree que
la presencia del dispersante durante la decantación, por la presente
invención, ayuda a liberar agua retenida en los intersticios de
entre los cristales con forma romboédrica. Por consiguiente, se
cree que esta expulsión de agua de otra manera retenida en el PCC se
traduce en un mayor contenido en sólidos en la suspensión de PCC
decantada, como por ejemplo en un contenido en sólidos de hasta el
75% o incluso superior. Esta nueva etapa de deshidratación
"dispersada" eliminaría entonces la necesidad de la etapa de
evaporación en el actual diseño del proceso. Es decir, la capacidad
de conseguir dichos contenidos en sólidos altos en la etapa de
decantación del proceso hace posible prescindir de un tratamiento de
evaporación separado. Ya que el tratamiento de evaporación
convencionalmente necesitado para incrementar el contenido en
sólidos de la suspensión de PCC es caro en términos tanto de costes
económicos como de costes operativos, la nueva técnica de
centrifugación de la suspensión según la invención representa un
avance importante en el campo bien sea individualmente o de manera
integrada en un flujo de proceso utilizando todos los únicos
procedimientos de procesamiento de PCC descritos en la presente
memoria. La utilización de la centrifugadora con tambor sólido en
forma de cesta para deshidratar es mucho más económica que la actual
etapa de evaporación. La deshidratación por centrifugación tiene
unos costes operativos y unos costes económicos más bajos que la
evaporación.
Opcionalmente, previamente a la decantación, la
suspensión de PCC molido y dispersado 25', puede someterse a un
procedimiento de separación magnética 26, aunque no es necesario,
para eliminar cualquier impureza de color oscuro magnetizable de la
suspensión de PCC. Un tipo conocido de separador magnético es un
separador magnético de partículas de flujo continuo del tipo
descrito en la patente estadounidense US nº 3.983.309 de Allen
et al., cuyo contenido se incorpora por referencia en la
presente memoria. El separador magnético puede introducirse como
lana de acero en un recipiente metálico y, la lana de acero se
magnetiza a medida que se bombea una suspensión de PCC a través del
recipiente metálico. Un separador magnético preferente es el
Separador Magnético de Alto Gradiente (HGMS) 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, en caso de utilizarse, es eficaz para
separar impurezas de tamaño de partícula fina, por debajo del
micrón, de naturaleza paramagnética, así como partículas
ferromagnéticas de mayor magnetismo. La etapa de separación
magnética podría tener lugar en otras etapas de fabricación y
procesamiento del PCC.
En cualquier caso, la forma y la consistencia de
los sólidos de PCC obtenidos tras una molienda con medio de
molienda no dispersada y una deshidratación dispersada con una
centrifugadora de decantación, tienden a parecerse a un lodo o
fango espeso o algunas veces a un material semisólido en forma de
"fragmentos". Tras la decantación, hay que diluir ligeramente
el material de PCC deshidratado con una solución acuosa que contiene
un dispersante orgánico, tal como los que se han descrito
anteriormente (por ejemplo, poliacrilato de sodio). La cantidad de
agente de dispersión orgánico agregado para esta etapa es
aproximadamente de entre el 0,01% en peso y el 2,0% en peso, en
base al peso en seco del PCC presente en la suspensión, necesario
para obtener un mínimo en viscosidad de suspensión. De esta manera,
justamente antes de un procedimiento de mezclado de rotor/estator
de alta cizalladura en línea a ser descrito, el producto de PCC
deshidratado es fluidizado y redispersado mediante una pequeña
adición de una solución acuosa dispersante, que de hecho diluye el
material con alto contenido en sólidos ligeramente desde
aproximadamente un contenido en sólidos del 75% hasta un contenido
en sólidos aproximadamente de entre el 72% y el 74%, en el que
posteriormente la suspensión bombeable puede someterse a una
operación de mezclado de rotor/estator de alta cizalladura en línea.
En este punto, la suspensión de PCC resultante 27'' con un
contenido en sólidos de aproximadamente entre el 72% en peso y el
74% en peso es alimentada a través de una mezcladora de alta
cizalladura de tipo rotor/estator en línea 29, tal como se indica
en la Figura 2.
El pensamiento convencional ha sido que las
mezcladoras de flujo axial, tales como los tubos de succión
compuestos por un alojamiento cilíndrico alrededor de un impulsor
axial, tal como los impulsores rotativos del tipo Cowles de la
técnica anterior, tal como se ilustra en la Figura 4, que incluyen
unos impulsores de placa plana con una aristas de diente de sierra,
resultan adecuadas para manipular suspensiones de sólidos. Sin
embargo, las mezcladoras de alta cizalladura de tipo rotor/estator
en línea 29 o las turbinas cubiertas que constan de un rotor 31 y
de un estator 30, tal como se ilustra en las Figuras 3A a 3C,
\hbox{garantizan un alto grado de flujo radial y de acción de
cizalladura, y no un flujo axial.}
Con relación a las Figuras 3A a 3C, el rotor 31
se pone a girar a gran velocidad alrededor del eje 35 mientras que
el estator estacionario 30 rodea circunferencialmente al rotor 31.
La suspensión es alimentada al área de entrada 32, y de ahí pasa a
través de unas ranuras 34 del rotor al espacio 36 que hay entre el
estator 30 y el rotor 31. La suspensión se somete a una alta
cizalladura de flujo radial en el espacio 36 y a continuación pasa
a través de unas ranuras 37 del estator a un área de salida 33 en la
que se recoge la suspensión sometida a cizalladura para un
procesamiento adicional. Con fines comparativos, la Figura 4 muestra
el diseño de un impulsor convencional 40 del tipo Cowles utilizado
para la agitación de la suspensión de PCC, entre otros. Las
mezcladoras de tipo Cowles 40 tienen como premisa impartir un
mezclado de flujo axial al fluido, mientras que, por el contrario,
las mezcladoras de alta cizalladura de tipo de rotor y estator
funcionan sometiendo el fluido a una acción de cizalladura de flujo
radial.
Es decir, el rotor de alta velocidad 31 acelera
el material de la suspensión y lo expulsa a gran velocidad a través
del estator 30. El espacio estrecho 36 en la dirección radial se
define entre el estator estacionario 30 y el rotor 31 que rota
dentro del estator 30 que lo circunda concéntricamente y
verticalmente, y la suspensión a procesar pasa bajo presión a
través del espacio o hueco estrecho 36 dispuesto entre las palas del
rotor 31 y la superficie interior de forma cóncava del estator 30.
La suspensión es sometida a una cizalladura de fluido de alta
velocidad al pasar a través del espacio estrecho 36 en la dirección
radial entre el rotor 31 y el estator 30. Es decir, las reducidas
tolerancias entre el rotor 31 y el estator 30 combinado con las
altas velocidades periféricas imparten unas altas velocidades de
cizalladura al material a medida que pasa a lo largo y a través de
las caras del rotor y del estator. El ajuste de espacio del espacio
36 entre el rotor 31 y el estator 30 típicamente es de entre 0,25
mm y 1,25 mm para manipular y procesar suspensiones de PCC según
esta invención.
Increíblemente, la mezcladora de alta
cizalladura en línea 29 basada en una acción de rotor y estator
proporciona una suspensión de PCC 29' de un contenido en sólidos de
aproximadamente entre el 72% en peso y el 74% en peso que se trata
de una calidad de recubrimiento. Es decir, se ha descubierto que la
mezcladora de rotor y estator en línea 29 mejora (es decir, reduce)
la viscosidad de alta cizalladura de la suspensión de PCC y sin
degradar la estructura de las partículas del PCC. Es decir, la
propiedad se viscosidad de alta cizalladura (Hercules) de la
suspensión de PCC 27'' resultó reducida al ser sometida a la acción
de la mezcladora de rotor y estator en línea 29 y sin aumentar de
manera no deseada, en exceso, la pendiente (distribución del tamaño
de partícula) y/o el tamaño medio de las partículas de la
suspensión de PCC. De esta manera, se ha descubierto que el mezclado
de alta cizalladura en línea que utiliza un diseño de impulsor de
rotor/estator mejora la reología del PCC con un alto contenido en
sólidos tras una decantación según esta invención, o tras un
procedimiento de evaporación convencional, sin causar un daño
estructural al producto cristalino de PCC. Es decir,
sorprendentemente se ha descubierto que el mezclado de
rotor/estator reduce la viscosidad de alta cizalladura de Hercules
de un PCC con un alto contenido en sólidos al tiempo que preserva
la distribución del tamaño de partícula (pendiente) del PCC
entrante y no reduce el tamaño medio de partícula. En este sentido,
hay disponibles comercialmente mezcladoras de rotor/estator en
línea para la práctica de la invención, por ejemplo, en
IKA-Works Inc., Wilmington, North Carolina 28405 y
en Charles Ross and Son Company, Hauppage, NY 11788, incluyendo los
modelos ME-410/420X, y 450X.
Aunque en este punto no es deseable atarse a
ninguna teoría en particular, sin embargo se postula que las
mezcladoras de tipo rotor/estator de alta cizalladura en línea son
altamente eficientes en la incorporación y en la dispersión de
dispersantes orgánicos a las superficies de las partículas de PCC, y
sin causar un daño estructural a las partículas de PCC.
Incrementando la cantidad y la uniformidad del dispersante recibido
en las superficies del PCC romboédrico, se cree que la mezcladora
de rotor/estator de alta cizalladura en línea realmente provoca la
reducción observada de la viscosidad de alta cizalladura de Hercules
sin degradar la estructura de las partículas del PCC.
Los mayores beneficios de reducir la viscosidad
de Hercules de una suspensión de PCC de una calidad de recubrimiento
es que la composición acuosa mejora la bombeabilidad y pueden
obtenerse mayores contenidos en sólidos, lo que facilita la
inmovilización del recubrimiento en la aplicación del recubrimiento
a un sustrato de papel, y también se obtiene un mejor
comportamiento del recubrimiento en máquinas de recubrimiento de
alta velocidad (por ejemplo, se reducen las marcas o rayas en el
recubrimiento). Para un comportamiento del recubrimiento del papel
mejorado y una bombeabilidad de la suspensión mejorada, resulta
deseable una viscosidad de alta cizalladura de Hercules baja, es
decir, inferior a 18+ dinas a 700 RPM, cuyo objetivo se alcanza
mediante esta invención. Para los fines de esta descripción, y a
menos que se indique lo contrario, los valores de viscosidad de
alta cizalladura de Hercules descritos y reivindicados en la
presente memoria son valores medidos a aproximadamente 25ºC
utilizando un viscosímetro de alta cizalladura de Hercules modelo
DV-10, fabricado por Kaltec Scientific Company,
Novi, Michigan 48375, con un cilindro interior colgante con forma de
A o "A-bob" girando a 1.100 RPM (máximo).
En un esquema alternativo de la presente
invención, la etapa de mezclado a alta cizalladura en línea puede
integrarse en un esquema de procesamiento convencional para PCC
como: 1) tras un proceso de evaporación convencional, o 2)
conjuntamente con un proceso de evaporación de la suspensión, o 3)
puede emplearse conjuntamente con el proceso de evaporación ya que
la suspensión de PCC que está siendo procesada es recirculada a
través de un evaporador, o 4) en cualquier suspensión de PCC
dispersado con un alto contenido en sólidos producida mediante
otros medios de deshidratación. En los casos en los que se utilice,
el tipo de evaporador no se encuentra limitado de manera particular
siempre y cuando sea cualquier sistema o dispositivo de
deshidratación adecuado, útil para deshidratar suspensiones acuosas
con un alto contenido en sólidos. A este respecto, entre los
sistemas de deshidratación de suspensiones adecuados se incluyen
los que se conocen o los que se han conocido convencionalmente para
ese uso, tales como las técnicas de secado por aspersión
convencionalmente conocidas para ese propósito, sistemas de
deshidratación conocidos para suspensiones de minerales que utilizan
unos medios de intercambio de calor indirectos en sistemas basados
en evaporador, o un sistema de extracción de agua, tal como el que
se describe en la patente estadounidense US nº 3.486.740, cuyas
indicaciones se incorporan por referencia en la presente memoria.
Otra disposición de deshidratación útil se describe en los ejemplos
de la presente memoria.
También se han llevado a cabo ensayos
experimentales de estabilidad/envejecimiento sobre las suspensiones
de PCC sometidas a alta cizalladura y procesadas en el
rotor/estator, preparadas por esta invención, y se ha descubierto
que los beneficios de la reología de alta cizalladura eran
auténticos y no de duración temporal. La utilización de la
mezcladora en línea de rotor/estator de alta cizalladura también
resuelve los problemas operativos de otra manera asociados a la
utilización de un evaporador, tales como la bombeabilidad de la
suspensión y el flujo de la suspensión a través de los
intercambiadores de calor, y proporciona un producto de PCC para
recubrimiento superior.
Tal como podrá entenderse, esta invención
incorpora tres mejoras de proceso separadas que pueden utilizarse
por separado o de manera conjunta para mejorar la distribución del
tamaño de partícula (pendiente) y la viscosidad de alta cizalladura
de Hercules al tiempo que posibilita la eliminación de una etapa de
procesamiento de otra manera costosa (es decir, la evaporación) que
sería necesaria para alcanzar el alto contenido en sólidos requerido
en el producto de suspensión de PCC a utilizar en las composiciones
de recubrimiento para papel. Tal como se ha indicado anteriormente,
las tres innovaciones indicadas anteriormente pueden incorporarse
por separado y de manera independiente en un esquema de flujo de
proceso de PCC convencional, o de manera conjunta con el fin de
mejorar el producto y las características de procesamiento del
carbonato de calcio precipitado. El tamaño medio de partícula de
las partículas de PCC de las suspensiones de PCC con alto contenido
en sólidos obtenidas mediante el procesamiento según esta invención
generalmente se encontrará en el intervalo de entre aproximadamente
0,25 \mum y aproximadamente 2,0 \mum, y más típicamente de entre
0,5 \mum y 1,0 \mum, y dentro de una distribución de tamaño de
partícula relativamente reducida, definida por una pendiente
inferior a aproximadamente 1,8, y más preferentemente inferior a
aproximadamente 1,75, y con un brillo TAPPI superior a 96, más
típicamente superior a 97. Para los fines de la invención, el tamaño
de partícula del pigmento de PCC se mide con un analizador de
tamaño de partículas Sedigraph (modelo 5100, fabricado por
Micromeritics Instrument Corp., Norcross, GA). El brillo TAPPI del
pigmento seco se mide utilizando un medidor de brillo Technidyne
Technibrite Micro TB-1C fabricado por Technidyne
Corporation, New Albany, Indiana.
Las suspensiones de PCC preparadas mediante el
esquema de proceso descrito anteriormente son especialmente
adecuadas para su uso como pigmentos de recubrimiento en
composiciones de recubrimiento para papel. Al utilizarse de esta
manera, la suspensión de PCC se utiliza conjuntamente con un agente
ligante, como por ejemplo cualquier agente ligante para
recubrimiento para papel conocido, tal como los látex, proteínas,
almidones, caseínas, polímeros acrílicos, cauchos estireno
butadienos, etcétera. El agente ligante se utilizará en una cantidad
generalmente de entre aproximadamente 1 parte en peso y
aproximadamente 20 partes en peso en base al peso total en seco de
todos los pigmentos presentes en el recubrimiento. La suspensión de
pigmento contiene por lo menos el 65% en peso de PCC, tal como se
ha indicado anteriormente, y más preferentemente de entre el 70% en
peso y el 80% en peso de PCC previamente a la adición del agente
ligante y otros ingredientes para recubrimiento para papel
opcionales descritos en la presente memoria. Entre los ingredientes
para recubrimiento para papel opcionales se incluyen un espesante,
por ejemplo, carboximetilcelulosa sódica o espesante acrílicos
sintéticos conocidos en el campo del recubrimiento del papel. El
espesante, en caso de que se utilice, se añade en una cantidad no
superior a 2 partes en peso en base al peso total en seco de todos
los pigmentos presentes. También, en la composición del
recubrimiento para papel, pueden utilizarse otros pigmentos además
del PCC, tales como la arcilla caolín, carbonato de calcio molido,
dióxido de titanio, arcilla calcinada, talco, sulfato de calcio,
etcétera, conjuntamente con el PCC. Estos otros pigmentos pueden
utilizarse en cantidades de aproximadamente
\hbox{entre el 20%
en peso y el 80% en peso en base al peso total del pigmento seco en
el recubrimiento.}
Los siguientes ejemplos no limitativos son
meramente ilustrativos de formas de realización preferentes de la
presente invención, y no deben considerarse como limitativos de la
invención, cuyo alcance la definen las reivindicaciones adjuntas.
Todas las partes, cantidades, pesos, porcentajes y tasas descritas
en los ejemplos son en peso, a menos que se indique lo
contrario.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
I
Para investigar los efectos de utilizar una
molienda en húmedo con medio de molienda de bajo contenido en
sólidos y de múltiples etapas para triturar una suspensión de PCC de
partículas gruesas, se sometieron a un experimento de molienda de
múltiples etapas unas muestras de pigmento de PCC con forma
romboédrica con un tamaño medio de partícula de aproximadamente 1,5
\mum (Sedigraph), un área superficial BET nominal de 7 m^{2}/g,
y un valor de pendiente 75/25 de 1,55.
En un intento inicial, se molieron en húmedo y
con medio de molienda un total de 90 galones de una suspensión de
PCC en ensayos o ejecuciones de múltiples pasadas en un único molino
con medio de molienda horizontal Premier de 15 litros, con una
carga de perlas del 80% de volumen de perlas de óxido de
circona-sílice de entre 0,8 mm y 1,00 mm, a 900
RPMs, con una alimentación de suspensión no dispersada con un
contenido en sólidos del 20% en peso, y una velocidad de
alimentación de 1,2 GPM. Tras cuatro pasadas a través del proceso de
molienda se obtuvo un tamaño medio de partícula de Sedigraph de
0,69 \mum, con un valor de pendiente 75/25 de 1,69. Al operar a
estos niveles de sólidos tan bajos, los resultados experimentales
demuestran que una única pasada a través del molino con medio de
molienda horizontal no proporciona una molienda suficiente para
producir el producto de PCC para recubrimiento del tamaño medio de
partícula y valor de pendiente deseados. Sin embargo, considerando
la utilización de múltiples pasadas con bajos contenidos en sólidos
(manteniendo iguales todas las demás condiciones) el proceso
proporciona el producto de PCC para recubrimiento del tamaño medio
de partícula deseado y un valor de pendiente muy bajo. Comparando
directamente, un ensayo de molienda en húmedo sobre este mismo
material de PCC con una concentración de sólidos del 50% en peso y a
continuación dispersado con un dispersante Dispex 2695 con base
activa del 0,8% previamente a ser alimentado al molino con medio de
molienda, produjo resultados muy diferentes. A partir de una única
pasada de alta de energía empleando una entrada de energía
específica de aproximadamente 40 kW-h/tonelada se
obtuvo un producto de PCC que mostró un tamaño medio de partícula
de Sedigraph de aproximadamente 0,65 \mum con un valor de
pendiente 75/25 de 1,89. El aumento observado en el valor de
pendiente de 1,69 a 1,89 como una función del procedimiento de
molienda empleado (es decir, un proceso de molienda de múltiples
pasadas, no dispersada y con un bajo contenido en sólidos
versus una molienda de una única pasada, dispersada y con un
alto contenido en sólidos) representa una expansión considerable y
no deseada de la distribución del tamaño de partícula del PCC que se
traduce en una pérdida de rendimiento en el recubrimiento del
papel.
En una serie de ensayos posteriores, utilizando
un molino de perlas horizontal Premier de 1,5 litros, se exploró
adicionalmente la relativa importancia de los diversos parámetros
del molino y del proceso con respecto a la eficiencia de la
molienda y la calidad del producto resultante al llevar a cabo una
molienda no dispersada de PCC con un bajo contenido en sólidos, a
través de la utilización de procedimientos de análisis y diseño
experimentales. Para llevar a cabo este programa DOE (Diseño y
Experimentos) se utilizó la misma alimentación de PCC descrita
anteriormente, con un área superficial BET de 7 m^{2}/gm. El
primer experimento de molienda (ensayo 1) vio al molino Premier de
1,5 litros funcionar a una carga de perlas del 70% en volumen
utilizando perlas de óxido de circona-sílice de
entre 1,6 mm y 2,5 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad
del rotor de 1.500 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos,
y una suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la novena pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph se redujo hasta un valor
de 0,74 \mum, con un valor de pendiente de 1,67. Se decidió que
esta molienda era demasiado lenta para poder ser práctica, y se
abandonó el experimento.
El siguiente experimento (ensayo 2) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 1,6 mm y
2,5 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 45 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la sexta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,63 \mum, con
un valor de pendiente de 1,85.
El siguiente experimento (ensayo 3), fue una
réplica del ensayo 2. Para la séptima pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,61 \mum, con un
valor de pendiente de 1,86.
El siguiente experimento (ensayo 4) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 70% en volumen utilizando
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la séptima pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,63 \mum, con
un valor de pendiente de 1,70.
El siguiente experimento (ensayo 5) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 70% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.500 FPM, con un tiempo de retención de 45 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la quinta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,63 \mum, con
un valor de pendiente de 1,70.
El siguiente experimento (ensayo 6) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.500 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la quinta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,61 \mum, con
un valor de pendiente de 1,64.
El siguiente experimento (ensayo 7), fue una
réplica del ensayo 6. Para la quinta pasada a través del molino, el
tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,62 \mum, con un
valor de pendiente de 1,66.
El siguiente experimento (ensayo 8) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 45 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 30% en peso. Para la tercera pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,58 \mum, con
un valor de pendiente de 1,72.
El siguiente experimento (ensayo 9) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 70% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.500 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 30% en peso. Para la catorceava pasada a través del
molino, el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,57
\mum, con un valor de pendiente de 1,59.
El siguiente experimento (ensayo 10), fue una
réplica del ensayo 9. Para la catorceava pasada a través del
molino, el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,63
\mum, con un valor de pendiente de 1,62.
Cabe señalar que los valores de "% de carga de
perlas (%vol)" indicados en la Tabla 1, así como en la Tabla 2
que viene a continuación, fueron calculados incluyendo el volumen
real de las perlas más los huecos entre las perlas (es decir, el
volumen vacío del medio). Por lo tanto, los volúmenes de perlas
indicados en el Ejemplo I de la presente memoria están más
relacionados a un valor de tipo de densidad de volumen que a un
valor de gravedad específico.
También, la tasa de partículas P/M inicial (es
decir, el número de partículas de PCC iniciales con respecto al
número de partículas del medio presentes en los ensayos de molienda)
para el ensayo 3 (carga de perlas del 80%, contenido en sólidos del
20% en peso, tamaño del medio de entre 0,6 mm y 0,8 mm, tamaño
inicial de las partículas de la alimentación de PCC de 1,5 \mum)
se calcula que puede ser de aproximadamente 9 millones. Por el
contrario, una suspensión de PCC molido por el esquema de la Figura
1 que utiliza un contenido de sólidos de PCC del 50% en peso en la
suspensión de alimentación de PCC (tamaño del medio de entre 0,6 mm
y 0,8 mm, carga de perlas de entre el 80% y el 85%, tamaño inicial
de las partículas de 1,5 \mum) implica un valor inicial de la
tasa de P/M de aproximadamente 50 millones. Esta diferencia en los
valores de la tasa de P/M entre la molienda llevada a cabo por esta
invención versus un esquema convencional es indicativa de las
únicas condiciones de molienda utilizadas en la presente invención,
que se ha descubierto que ayudan a obtener una distribución de
tamaño de partícula relativamente reducida en el producto molido. Es
decir, se ha descubierto que las condiciones de molienda de la
invención son eficaces para la ruptura del producto aglomerado de
PCC transportado desde la etapa de reacción de síntesis del PCC a
las partículas de PCC primarias constituyentes aunque sin moler las
partículas primarias liberadas para crear una cantidad de partículas
finas y ultrafinas que de manera no deseada expandirían la
distribución del tamaño de partícula en el
producto.
producto.
Los siguientes experimentos de molienda de PCC
adicionales fueron llevados a cabo en el molino Premier de 1,5
litros para expandir el alcance de los datos de DOE con el fin de
evaluar adicionalmente los efectos de los porcentajes de sólidos de
la alimentación, la carga de perlas, la velocidad del rotor, y el
tiempo de retención en el molino.
El siguiente experimento (ensayo 11) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 75% en volumen utilizando
perlas de óxido de circona-sílice de entre 1,0 mm y
1,25 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.750 FPM, con un tiempo de retención de 37,5 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 25% en peso. Para la treceava pasada a través del
molino, el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,63
\mum, con un valor de pendiente de 1,67.
El siguiente experimento (ensayo 12) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 1,0 mm y
1,25 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.750 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 30% en peso. Para la octava pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,64 \mum, con
un valor de pendiente de 1,65.
El siguiente experimento (ensayo 13) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 30% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,61 \mum, con
un valor de pendiente de 1,62.
El siguiente experimento (ensayo 14) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.500 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 30% en peso. Para la quinta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,62 \mum, con
un valor de pendiente de 1,63.
El siguiente experimento (ensayo 15) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.500 FPM, con un tiempo de retención de 45 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 30% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,60 \mum, con
un valor de pendiente de 1,63.
El siguiente experimento (ensayo 16) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 45 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la tercera pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,57 \mum, con
un valor de pendiente de 1,76.
El siguiente experimento (ensayo 17) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 37,5 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la tercera pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,60 \mum, con
un valor de pendiente de 1,71.
El siguiente experimento (ensayo 18) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.500 FPM, con un tiempo de retención de 45 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,59 \mum, con
un valor de pendiente de 1,70.
El siguiente experimento (ensayo 19) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 85% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 30% en peso. Para la tercera pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,56 \mum, con
un valor de pendiente de 1,69. Tras 24 horas, estos valores habían
cambiado a un tamaño medio de partícula de Sedigraph de 0,58 \mum,
con una pendiente de 1,66.
El siguiente experimento (ensayo 20) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 85% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la tercera pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,55 \mum, con
un valor de pendiente de 1,80. A continuación se repitió este
experimentó (como ensayo 21), y para la tercera pasada el tamaño
medio de
\hbox{partícula de Sedigraph era de 0,56 \mu m, con
un valor de pendiente de 1,80.}
El siguiente experimento (ensayo 22) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 85% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la tercera pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,56 \mum, con
un valor de pendiente de 1,80.
El siguiente experimento (ensayo 23) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.500 FPM, con un tiempo de retención de 45 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 24% en peso. Para la tercera pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,62 \mum, con
un valor de pendiente de 1,66.
El siguiente experimento (ensayo 24) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.500 FPM, con un tiempo de retención de 45 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,60 \mum, con
un valor de pendiente de 1,75.
El siguiente experimento (ensayo 25) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,59 \mum, con
un valor de pendiente de 1,77.
El siguiente experimento (ensayo 26) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 37,5 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,57 \mum, con
un valor de pendiente de 1,78.
El siguiente experimento (ensayo 27) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.750 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,62 \mum, con
un valor de pendiente de 1,72.
El siguiente experimento (ensayo 28) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,58 \mum, con
un valor de pendiente de 1,72.
El siguiente experimento (ensayo 29) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.750 FPM, con un tiempo de retención de 37,5 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,59 \mum, con
un valor de pendiente de 1,74.
El siguiente experimento (ensayo 30) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.750 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,62 \mum, con
un valor de pendiente de 1,70.
El siguiente experimento (ensayo 31) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 37,5 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la tercera pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,59 \mum, con
un valor de pendiente de 1,73.
El siguiente experimento (ensayo 32) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.500 FPM, con un tiempo de retención de 45 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,61 \mum, con
un valor de pendiente de 1,69.
El siguiente experimento (ensayo 33) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.500 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 20% en peso. Para la quinta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,61 \mum, con
un valor de pendiente de 1,65.
El siguiente experimento (ensayo 34) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
2.000 FPM, con un tiempo de retención de 30 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 25% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,61 \mum, con
un valor de pendiente de 1,71.
El siguiente experimento (ensayo 35) vio al
molino funcionar a una carga de perlas del 80% en volumen de las
perlas de óxido de circona-sílice de entre 0,6 mm y
0,8 mm. El molino se hizo funcionar a una velocidad del rotor de
1.750 FPM, con un tiempo de retención de 37,5 segundos, y una
suspensión de alimentación no dispersada con un contenido en
sólidos del 25% en peso. Para la cuarta pasada a través del molino,
el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,61 \mum, con
un valor de pendiente de 1,67.
Los resultados experimentales del estudio de
molienda de DOE han mostrado que, utilizando una suspensión de PCC
no dispersado y empleando unas condiciones de molienda con medio de
molienda con una baja cantidad de sólidos (de entre el 20% en peso
y el 30% en peso), con múltiples pasadas, puede obtenerse fácilmente
un tamaño medio de partícula de Sedigraph de aproximadamente 0,61
\mum, con un valor de pendiente 75/25 de aproximadamente entre
1,61 y 1,64, a partir de un producto de reacción de PCC romboédrico
con un área superficial BET original de 7 m^{2}/gm. Estos valores
objetivo de partícula requieren aproximadamente de entre 3 y 5
pasadas a través del molino con medio de molienda utilizando un
tiempo de retención de aproximadamente 35 segundos a una velocidad
del rotor del molino de 1.500 FPM, con una carga de perlas del 80%
en volumen del medio de óxido de circona-sílice de
entre 0,6 mm y 0,8 mm. Para ilustrar las ventajas del proceso de
molienda de la invención, los valores de partícula reseñados
deberían compararse a los resultados de la molienda de pasada única
e intensiva alcanzados (MPS = 0,65 \mum y pendiente = 1,89) en el
producto reactor de PCC análogo que se alimentó al molino de forma
dispersa y con un alto contenido de sólidos (es decir, del 50% en
peso).
Los resultados obtenidos a partir de los
experimentos de molienda de DOE, ilustrados gráficamente en las
Figuras 5A y 5B, muestran que la mejor manera de alcanzar el tamaño
medio de partícula de Sedigraph mínimo es utilizando un bajo
contenido en sólidos (de aproximadamente el 20% en peso) en la
alimentación de suspensión de PCC, velocidades del rotor más
elevadas, y tiempos de estancia en el molino más largos. Sin
embargo, para alcanzar el mejor valor de pendiente 75/25, el
intervalo de contenido en sólidos más alto (30% en peso) muestra
marginalmente mejores resultados que para un valor del 20% en peso
(véanse las Figuras 6A y 6B), mientras que para un contenido en
sólidos del PCC dado se obtuvo un mejor valor de pendiente 75/25 a
un tamaño medio de partícula particular al utilizar tiempos de
estancia más cortos y velocidades del rotor del molino más bajas
(véanse las Figuras 7A, 7B y 7C para los valores de ensayo
obtenidos con un contenido en sólidos del 20%). El número de pasadas
requerido para alcanzar el tamaño medio de partícula deseado de
aproximadamente 0,6 \mum no se vio afectado de manera
considerable por los sólidos de la alimentación de suspensión a
bajos tiempos de estancia, pero a medida que aumenta el tiempo de
estancia, se descubrió que los sólidos de la alimentación
presentaban un efecto incremental. En general, y tal como puede
verse en la Figura 7C, a mayor velocidad del rotor, se requiere un
menor número de pasadas para alcanzar el tamaño medio de partícula
deseado. A una carga de perlas, tipo de medio de molienda y
velocidad del rotor fijos, un aumento del tiempo de estancia
reducirá el número de pasadas requeridas a través del molino para
alcanzar el tamaño medio de partícula de Sedigraph deseado. Las
curvas de tendencia de los procesamientos indicados anteriormente
pueden verse fácilmente en las líneas de contorno presentadas en
las Figuras 5 a 7, todas ellas determinadas a partir de los datos de
ensayo experimentales de las Tablas 1 y 2 utilizando el software
"Experimentation by Design^{TM}", comercialmente disponible
en ECHIP, Inc., 724 Yorklyn Road, Hockessin, Delaware, 19707
U.S.A.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
II
Se estudió el efecto de un dispersante orgánico
según se utiliza conjuntamente con una centrifugadora con tambor
sólido en forma de cesta en la deshidratación de una suspensión de
PCC premolido, con un bajo contenido en sólidos. El material de
suspensión de PCC que fue sometido a ensayo para estos experimentos
presentaba un contenido en sólidos del 20% en peso, y las
partículas de PCC presentaban un área superficial BET de 7,0
m^{2}/g, un tamaño medio de partícula de Sedigraph de
aproximadamente 1,5 \mum y una pendiente de distribución de
tamaño de partícula de 1,55. Una parte de este material de contenido
en sólidos del 20% en peso fue alimentada a un molino Premier de 15
litros, utilizando una carga de perlas del 80% en volumen (medio de
óxido de circona-sílice de entre 0,8 mm y 1,0 mm),
900 RPMs, y una velocidad de alimentación de 1,2 GPM. Tras tres
pasadas, el tamaño medio de partícula de Sedigraph era de 0,73
\mum (pendiente de 1,69) y la velocidad de alimentación fue
aumentada hasta 1,5 GPM. Tras la cuarta pasada, se retiraron diez
galones de material de tamaño medio de partícula de Sedighraph de
0,69 \mum y pendiente de 1,69. A continuación, se hizo pasar el
resto del material tres veces más a través del molino Premier, para
obtener un tamaño medio de partícula de Sedigraph de 0,61 \mum,
con una pendiente de distribución del tamaño de partícula de
1,71.
A continuación el material de suspensión de PCC
molido con siete pasadas anteriormente descrito, fue alimentado, a
una cantidad en sólidos del 20%, a una centrifugadora con tambor
sólido en forma de cesta Bird (centrifugadora con tambor sólido en
forma de cesta de 6'' x 12'', Modelo 4900, comercialmente disponible
en Bird Machine Co., SouthWalpole, Massachussets) habiendo
premezclado con el mismo un dispersante Colloid 211 (con base
activa) del 1,0% tras el procedimiento de molienda en húmedo con
medio de molienda y previamente a ser alimentado a la
centrifugadora con tambor sólido en forma de cesta. La
centrifugadora se hizo funcionar a una velocidad de 2.750 G's, con
una alimentación de 0,25 GPM. En la abertura de la centrifugadora se
alimentó un pequeño chorro de agua que contenía dispersante
adicional, para facilitar la descarga del flujo inferior. Bajo estas
condiciones, hicieron falta nueve minutos para comenzar a descargar
el flujo inferior de la centrifugadora. El flujo superior
presentaba un contenido en sólidos inferior al 1%, y el flujo
inferior presentaba un contenido en sólidos del 78,89% en peso, con
un tamaño medio de partícula de Sedigraph de 0,60 \mum y una
pendiente de 1,76. Aumentando la velocidad de alimentación a 0,5
GPM se obtuvo un flujo superior con un contenido en sólidos del
7,60% en peso, presentando el flujo inferior un contenido en sólidos
del 80,71% en peso. El tamaño medio de partícula de Sedigraph del
flujo inferior era de 0,61 \mum y la pendiente era de 1,73.
Elevando la velocidad de alimentación a 0,75 GPM, se obtuvo un
flujo superior con un contenido en sólidos del 12,25% en peso. El
flujo inferior presentaba un contenido en sólidos del 80,24% en
peso, con un tamaño medio de partícula de Sedigraph de 0,61 \mum
y, una pendiente de 1,71.
En un ensayo separado, reduciendo el contenido
en sólidos de la alimentación hasta el 10% en peso, y haciendo
funcionar la centrifugadora a 2.750 G's, con una velocidad de
alimentación de 0,5 GPM (y continuando con la dosis de dispersante
Colloid 211 (con base activa) del 1,0%), se pudo mostrar que el
flujo superior presentaba un contenido en sólidos inferior al 1% en
peso. El flujo inferior presentaba un contenido en sólidos del
78,19% en peso, con un tamaño medio de partícula de Sedigraph de
0,60 \mum y, una pendiente de 1,73. Reduciendo la velocidad de
alimentación hasta 0,25 GPM, se obtuvo un flujo inferior con un
contenido en sólidos del 78,81% en peso, con un tamaño medio de
partícula de Sedigraph de 0,58 \mum y, una pendiente de 1,80.
Estos resultados demostraron que podrían
obtenerse suspensiones de PCC deshidratado con un muy alto contenido
en sólidos, tan alto como de entre el 75% en peso y el 80% en peso
de sólidos, filtrando la suspensión de PCC con un bajo contenido en
sólidos y premolido conforme se predispersaba en un dispersante
orgánico en una centrifugadora con tambor sólido en forma de cesta,
y sin sacrificar la mejora de pendiente conseguida en una operación
de molienda de múltiples etapas anterior llevada a cabo según otro
aspecto de la invención.
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Ejemplo
III
Se llevaron a cabo una serie de experimentos
para estudiar el efecto de una mezcladora de rotor/estator de alta
cizalladura en línea sobre la propiedad de viscosidad de alta
cizalladura de un producto de suspensión de PCC con base
romboédrica, de otra manera final, con un alto contenido en sólidos.
Los experimentos se llevaron a cabo utilizando una mezcladora Ross
de rotor/estator en línea, modelo nº ME-410X,
adquirida en Charles Ross and Company, Hauppage, New Cork,
utilizada conjuntamente con un evaporador de recirculación forzada,
efecto único y etapa única, con la utilización de un bucle de
recirculación del producto de suspensión de PCC ya que los niveles
de sólidos de la suspensión estaban siendo elevados de manera
continua. Es decir, en la operación de evaporación, un determinado
porcentaje de la corriente de suspensión de PCC del producto con un
contenido en sólidos más elevado que salía del evaporador era
recirculado de vuelta a una corriente de alimentación de entrada
del evaporador hasta alcanzarse una condición de funcionamiento
estacionaria en la medida en que era tratado el nivel de sólidos en
la suspensión de PCC. En esa coyuntura, se descubrió que podría
instalarse fácilmente una mezcladora de rotor/estator en el bucle de
recirculación para efectuar mejoras en la viscosidad de la
suspensión de alta cizalladura en la suspensión con un alto
contenido en sólidos.
Más específicamente, la disposición de la
mezcladora de rotor/estator y del evaporador utilizado a este
respecto fue la siguiente. Tal como es ilustrado esquemáticamente
en la Figura 8, se dispuso un sistema integrado de evaporador y
mezcladora de rotor/estator 800 que incluía un tanque flash 801 que
se encontraba soportado aproximadamente cuatro pies por encima del
suelo (no mostrado). El tanque flash 801 estaba dimensionado para
alojar un nivel de líquido que alcanzaba aproximadamente una altura
de ocho pies por encima del suelo. Desde la parte inferior del
tanque flash 801, una tubería de PVC de tres pulgadas transportaba
una corriente de una suspensión de PCC 802 desde la región inferior
del tanque flash 801 hasta una bomba de diafragma de tres pulgadas
accionada mediante aire 803 instalada en el suelo. La bomba 803
también podría ser una bomba centrífuga, por ejemplo, en los casos
que implicaran caudales más elevados. La descarga 806 de la bomba de
diafragma 803 procedía hacia un intercambiador de calor 804 del
tipo placa y marco situado justo adyacente a los soportes o apoyos
(no mostrados) para el tanque flash 801. El intercambiador de calor
804 fue calentado mediante un vapor 805 de baja presión (hasta 200
psig), bajo control manual. La suspensión de PCC calentada 807 salía
del intercambiador de calor 804 y subía pasando por una válvula de
presión inversa 808 (utilizada para suprimir la ebullición en el
intercambiador de calor 804) hasta una entrada tangencial en el
tanque flash 801. La alimentación de suspensión de PCC 811 (es
decir, la suspensión de PCC sintetizado y molido) fue introducida al
sistema 800 a través de una conexión realizada entre el tanque
flash 801 y el lado de succión de la bomba en la bomba de diafragma
803, aunque la introducción de un determinado volumen de lote de la
suspensión de PCC a ser procesada en el sistema 800 podría llevarse
a cabo en cualquier ubicación conveniente en el sistema para este
propósito. Se utilizó una válvula 817 para controlar la
alimentación del lote de la alimentación de suspensión de PCC 811
al sistema 800. Una bomba de vacío de anillo líquido 809 extrae el
vapor de agua 810 desde la parte superior del tanque flash 801 (y
también actúa para condensar el vapor de agua en la bomba,
extrayendo el agua evaporad del sistema).
Al operar el sistema 800, se llenó el tanque
flash de evaporación 801 hasta un determinado nivel, y sin desviar
inicialmente ninguna parte de la suspensión de PCC a una mezcladora
de rotor/estator 813, se accionó el sistema, en modo discontinuo,
recirculando la corriente 802 de la suspensión a través del
intercambiador de calor 804 de vuelta hasta el tanque flash 801
hasta alcanzar un contenido objetivo de sólidos en la suspensión del
65% en peso o superior en la corriente de producto 802 de la
suspensión. El evaporador se hizo funcionar a una temperatura de
entre 65ºC y 75ºC, con aproximadamente 25 pulgadas de vacío en el
tanque flash 801. La suspensión de PCC 802 de salida del tanque
flash 801 alcanzaría un mayor contenido en sólidos al cabo del
tiempo ya que las fracciones de vapor de agua 810 fueron
acumuladamente separadas (evaporadas) de la alimentación de
suspensión de PCC calentada 807 ya que la corriente 802 del
producto era continuamente recirculada a través del intercambiador
de calor 804 y enviada de vuelta o retroalimentada al tanque flash
801 como la suspensión de alimentación calentada 807.
Cuando el contenido en sólidos de la corriente
de producto de PCC 802 alcanzara el nivel deseado, como por ejemplo
del 65% en peso o superior, era en ese momento cuando una parte de
la suspensión de PCC que estaba siendo recirculada en el sistema
800 se desviaba a través de la mezcladora de rotor/estator 813 para
llevar a cabo un tratamiento, mientras el sistema 800 continuaba
funcionando. Para llevar a acabo esto, se tomaba parte
(generalmente, aproximadamente de entre el 20% en volumen y el 27%
en volumen, más típicamente, aproximadamente de entre el 40% en
volumen y el 50% en volumen) del producto de suspensión concentrado
802 y se desviaba la misma de la línea de conducto 802' entre la
descarga de la bomba 803 y la entrada del intercambiador 804. Se
utilizó una válvula 814 para controlar la parte de la suspensión de
PCC del conducto 802' que era desviada como una corriente 815
alimentada a la mezcladora de rotor/estator 813, mientras que la
cantidad restante 806 de la corriente 802 era conducida al
intercambiador de calor 804 y reciclada de vuelta al tanque flash
801. De esta manera, mientras la suspensión concentrada 802 era
recirculada a través del sistema de evaporación 800, una corriente
dividida 815 era sacada de la descarga de recirculación de la bomba
803, y pasada a través de un bucle separado que pasaba a través de
la mezcladora de rotor/estator 813, antes de ser inyectada de
vuelta al lado de succión de la bomba 803 junto con la corriente
802. Tras procesar la suspensión de PCC en el sistema 800 en modo
discontinuo de esta manera, el producto de la suspensión de PCC fue
retirado del sistema 800 utilizando una línea de salida de
drenaje/descarga 816 que podía abrirse manualmente y cerrarse por
medio de una válvula 818.
El sistema 800 puede utilizarse de manera eficaz
para deshidratar una suspensión de PCC con un contenido en sólidos
inicial generalmente en un intervalo de aproximadamente el 50% en
peso o más, para obtener un producto de suspensión deshidratado con
un contenido en sólidos superior a aproximadamente el 65% en peso y
preferentemente, aproximadamente el 72% en peso o más. Podría
utilizarse un nivel de contenido en sólidos más bajo, pero el
sistema 800 tendría que utilizarse de manera más intensiva sobre
dicha suspensión de alimentación para eliminar más agua y
finalmente obtener el alto contenido en sólidos deseado. De esta
manera, en la presente memoria la decantación se describe como una
vía para obtener aproximadamente una suspensión de alimentación con
un contenido en sólidos de aproximadamente el 50% o más disponible
para un tratamiento adicional en el sistema 800. También, desde un
punto de vista práctico y dependiendo de la elección del
equipamiento empleado, puede resultar problemático hacer funcionar
el sistema 800 el tiempo suficiente para crear un contenido en
sólidos en la suspensión del producto de PCC superior a
aproximadamente el 76% en peso debido a que puede resultar difícil
forzar las suspensiones con un contenido en sólidos muy elevado a
través del intercambiador de calor de tipo placa y marco. Otros
tipos de intercambiadores de calor, tales como los intercambiadores
de calor del tipo cubierta y tubo deberían alojar incluso
contenidos en sólidos más altos, pero la desventaja es que
generalmente, térmicamente, no son unidades tan eficientes.
Aunque estos experimentos utilizaron el sistema
de evaporación 800 en modo discontinuo, debe entenderse que el
sistema también podría hacerse funcionar en modo continuo. En dicho
modo de funcionamiento continuo, el sistema 800 sería llenado con
una suspensión de PCC con un contenido en sólidos de aproximadamente
entre el 50% en peso y el 65% en peso, por ejemplo, y a
continuación se cerraría temporalmente la válvula 817, y a
continuación se haría funcionar el sistema en modo discontinuo hasta
alcanzar un contenido en sólidos en la suspensión relativamente
alto (por ejemplo, aproximadamente del 65% en peso o superior) en
cuyo momento pueden abrirse la válvula de alimentación de entrada
811 y la válvula de producto de descarga 816 para hacer funcionar
el sistema en modo continuo. La mezcladora de rotor/estator 813
preferentemente no se utilizaría hasta alcanzar en el sistema el
contenido en sólidos relativamente alto (es decir, aproximadamente
el 65% en peso o más).
Como la suspensión de PCC de alimentación 811
utilizada en los experimentos reales descritos en la presente
memoria, se prepararon y se obtuvieron dos lotes separados de
producto de PCC con base romboédrica, molido, decantado y, con un
contenido en sólidos del 50% en peso según un flujo de proceso, tal
como se muestra de forma general en la Figura 1. Un lote había sido
molido a un nivel de energía de 60 kW-h/tonelada
utilizando un molino Drais, y el otro lote había sido molido a un
nivel de energía de 40 kW-h/tonelada utilizando el
molino Drais. En ambos experimentos, se llevó a cabo una molienda de
pasada única a unas cantidades en sólido del 50% en peso en el que
el material de alimentación de PCC romboédrico para el molino Drais
había sido dispersado con DISPEX 2695 a una dosis de nivel activo
del 0,8% en peso.
Tal como se resume en la Tabla 3A, el ensayo 37
era una muestra del material de suspensión de PCC molido con un
alto contenido en sólidos (de aproximadamente un contenido en
sólidos del 50% en peso) que se produce utilizando una entrada de
energía de aproximadamente 60 kW-h/tonelada. Un
ensayo experimental 38 era un experimento de control que implicaba
la evaporación del material de suspensión producido a 60
kW-h/tonelada pero sin la utilización de la
mezcladora en línea de rotor/estator 813. La viscosidad de
"A-bob" Hercules a 1.100 RPM era de 18+ dinas
a 90 RPM. En los ensayos 39 a 45, se utilizó la mezcladora de
rotor/estator conjuntamente con el evaporador. En el ensayo 39, se
cortó una pequeña parte del material de ensayo obtenido a partir del
ensayo 38 a un contenido en sólidos del 74% para evaluar el impacto
de la disolución del contenido en sólidos incremental sobre la
viscosidad de alta cizalladura de Hercules. La viscosidad de
Hercules de la suspensión con contenido en sólidos del 74% en peso
mejoró de 18+ dinas a 90 RPM a 18+ dinas a 200 RPM. En el ensayo 40,
se alcanzó un nivel de contenido en sólidos evaporado del 74,5% en
peso anteriormente a que el bombeo al evaporador frenara
prácticamente hasta parar. A partir de este ensayo de evaporación
estándar, se observó que el tamaño medio de partícula del PCC
(mediante Sedigraph) se redujo desde 0,57 \mum (ensayo 37) hasta
0,50 \mum (ensayo 40) una vez que el producto había sido
evaporado hasta un contenido en sólidos del 74% en peso. El valor de
la pendiente 75/25 había cambiado correspondientemente de 1,93 a
1,89.
A continuación, el material evaporado original
con un contenido en sólidos del 74,5% en peso fue utilizado para
determinar las condiciones de ejecución para la mezcladora de
rotor/estator. La cantidad o nivel de cizalladura en la mezcladora
de rotor/estator variaba en función de los tres parámetros de
velocidad del rotor, número de chapas de relleno (espacio entre el
rotor y el estator) y la velocidad de flujo de la suspensión a
través de la unidad. A mayor número de chapas de relleno
utilizadas, mayor es la reducción del espacio entre el rotor y el
estator, lo que incrementa la cantidad de cizalladura aplicada sobre
el producto. La primera condición elegida era de 30 Hz, 3 chapas de
relleno y, 0,25 GPM. La utilización de 3 chapas de relleno se
corresponde con un espacio de 0,030''. Esta condición redujo la
viscosidad de Hercules de 18+ dinas a 90 RPM a 2,8 dinas a 1.100
RPM. En la tabla 3A, se resumen las condiciones de ejecución y las
viscosidades resultantes para todos los diversos ensayos utilizando
un material de alimentación producido a 60
kW-h/tonelada. Se sometieron a ensayo otras
condiciones hasta elegir una condición de 60 Hz, ninguna chapa de
relleno y 0,55 GPM. No utilizar ninguna chapa de relleno se
corresponde con un espacio de 0,060''. A partir de estos ensayos
experimentales, se determinó que la velocidad de flujo estaba
limitada por el número de chapas de relleno utilizadas. Las
condiciones de funcionamiento ensayadas mostraron que a la velocidad
más alta (60 Hz), sin ninguna chapa de relleno y a una velocidad de
flujo considerablemente alta, puede obtenerse una viscosidad de alta
cizalladura de Hercules aceptable. En la Tabla 3A puede observarse
que, el tamaño medio de partícula (mediante Sedigraph) se redujo de
forma insignificante, de un valor de 0,53 \mum a un valor de
aproximadamente 0,50 \mum, a partir de cualquiera de las
condiciones de rotor/estator empleadas en los estudios descritos en
la presente memoria. Sin embargo, el valor de la pendiente 75/25
mejoró ligeramente, de un valor de aproximadamente 1,95 a un valor
de entre 1,86 y 1,91. A continuación se conectó la mezcladora en
línea de rotor/estator al sistema de evaporación por motivos de
ensayo, pero debido a las restricciones de las tuberías, no podía
pasar toda la suspensión recirculada al completo a través de la
mezcladora de rotor/estator. Se ajustó una válvula de presión
inversa para desviar una determinada parte de la suspensión
recirculada a través de la mezcladora de rotor/estator (es decir,
aproximadamente una cantidad de entre el 20% en volumen y el 70% en
volumen, más típicamente, aproximadamente de entre el 40% en
volumen y el 50% en volumen), mientras que la cantidad restante era
alimentada a la cámara del evaporador. Esto permitió mantener un
vacío, al tiempo que no permitía el secado de la suspensión en el
intercambiador de calor. A continuación la suspensión producida a 60
kW-h/tonelada fue conducida a través del evaporador
hasta alcanzar un nivel de contenido en sólidos de aproximadamente
el 65%. A continuación se desvió un parte de la suspensión
recirculada a la mezcladora de rotor/estator a 60 Hz, sin chapas de
relleno, y a una velocidad de alimentación de 0,55 GPM. La
viscosidad de Hercules de este material con un contenido en sólidos
del 75,31% se vio reducida hasta 18 dinas a 935 RPM. Por poder
comparar con una muestra anterior, a continuación este material
también fue diluido hasta un contenido en sólidos del 74%. Sin
utilizar la mezcladora de rotor/estator, la viscosidad de Hercules
para un contenido en sólidos del 74% (ensayo 39) era de 18+ dinas a
200 RPM. Utilizando la mezcladora de rotor/estator, la viscosidad de
Hercules se redujo hasta un valor de 5,9 dinas a 1.100 RPM. El
tamaño de partícula de este material de ensayo (ensayo 45) era de
0,52 \mum con un valor de pendiente de 1,92, en comparación a los
valores de 0,53 \mum y pendiente de 1,95 para la suspensión de
control de la mezcladora de rotor/estator, evaporada. Por lo tanto
se pone de manifiesto que bajo condiciones de funcionamiento
apropiadas, la mezcladora de rotor/estator puede proporcionar una
mejoras considerables en la viscosidad de alta cizalladura de
Hercules, al tiempo que esencialmente no se produce un efecto
deteriorante ni sobre la reducción del tamaño medio de partícula ni
en el aumento de la pendiente 75/25 de la suspensión de PCC
procesada con respecto al producto evaporado por vías
estándares.
estándares.
Debe reseñarse que la medición de los valores de
viscosidad de alta cizalladura de Hercules indicados en la presente
memoria implicaba un posible intervalo de entre 1 dinas y 18 dinas
para el dispositivo viscosímetro de Hercules utilizado. Para los
valores de medida de viscosidad de alta cizalladura de Hercules de
18 dinas o menos indicados en la presente memoria, el valor es el
valor absoluto según se registra a 1.100 RPM (el máximo valor de
RPM para el dispositivo viscosímetro Hercules empleado suponiendo la
utilización de un cilindro interior colgante con forma de A o
"A-bob"). Por otro lado, los valores de medida
de viscosidad de alta cizalladura de Hercules de "18+ dinas"
indicados en la presente memoria son indicativos de que la medición
se va fuera de escala en lo que respecta al valor en dinas y por
tanto el valor de "RPM" indicado concurrentemente es
importante ya que indica el valor de RPMs al que se detendría la
medición en la muestra de suspensión sometida al ensayo de
viscosidad de cizalladura de Hercules. De esta manera, para los
valores de medida de "18+ dinas" indicadas en la presente
memoria, existe una relación inversa entre el valor de RPMs y el
valor relativo de viscosidad de alta cizalladura. Por ejemplo, a
18+ dinas, cuanto mayor es el valor de RPMs indicado
correspondiente, relativamente menor es la viscosidad de alta
cizalladura de esa muestra de suspensión de PCC particular comparado
con otra muestra de suspensión de PCC que también presente una
lectura del valor de Hercules de 18+ dinas pero un valor menor de
RPM.
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A continuación, el material de PCC molido y
producido a 40 kW-h/tonelada fue utilizado como
alimentación para le mezcladora de rotor/estator y el sistema de
evaporación 800. La Tabla 3B lista las condiciones de funcionamiento
y las viscosidades resultantes de Brookfield y Hercules para los
experimentos llevados a cabo a 40 kW-h/tonelada. El
contenido en sólidos de la muestra de control, ensayo 47, sin la
utilización de la mezcladora de rotor/estator, pudo elevarse
solamente hasta un valor del 73,8% en peso, antes de que se averiara
la bomba de recirculación del evaporador. La viscosidad de Hercules
utilizando un cilindro interior colgante con forma de A o
"A-bob" a un contenido en sólidos del 73,8%
era de 18+ dinas a 110 RPM. El contenido en sólidos de una parte de
este material fue cortado a un valor del 73% en peso, para una
comparación posterior. La viscosidad de Hercules de este material
era de 18+ dinas a 150 RPM. A continuación el material producido a
40 kW-h/tonelada fue evaporado con la utilización
de la mezcladora de rotor/estator. Nuevamente, el flujo de
suspensión no fue desviado a través de la mezcladora hasta alcanzar
en el evaporador un contenido en sólidos del aproximadamente el 65%
en peso. El rotor/estator se configuró nuevamente a 60 Hz, sin
ninguna chapa de relleno, y a 0,55 GPM. La suspensión alcanzó un
nivel de sólidos del 73,7% en peso antes de que la bomba de
recirculación del evaporador volviera a averiarse. La viscosidad de
Hercules de este material era de 18+ dinas a 135 RPM. A continuación
esta muestra fue diluida hasta un contenido en sólidos del 73% en
peso, para poder comparar con el ensayo 48, pero la viscosidad de
Hercules solamente mejoró de un valor de 18+ dinas a 150 RPM a un
valor de 18+ dinas a 275 RPM. Se creía que la suspensión no había
recirculado a través de la mezcladora de rotor/estator el tiempo
suficiente para afectar a la viscosidad de alta cizalladura. Por
esta razón, la suspensión que había sido cortada a un contenido en
sólidos del 73%, a continuación fue vuelta a pasar solamente a
través de la mezcladora de rotor/estator a, a 60 Hz, sin ninguna
chapa de relleno, y a una velocidad de flujo de 0,55 GPM. Esto
posteriormente redujo la viscosidad de Hercúleas hasta un valor de
2,9 dinas a 1.100 RPM. Al postprocesar la alimentación de la
suspensión de PCC que había sido molido con medio de molienda bajo
las condiciones de baja energía (es decir, a 40
kW-h/tonelada en vez de a 60
kW-h/tonelada), se pudo observar que en la
mezcladora de rotor/estator se redujo el tamaño medio de partícula
del PCC ligeramente, aunque también se mejoró ligeramente la
pendiente 75/25
resultante.
resultante.
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En resumen, de descubrió que la mezcladora en
línea de alta cizalladura de rotor/estator proporcionaba algunas
mejoras importantes en la viscosidad de Hercules de alta cizalladura
a la suspensión de PCC con calidad de recubrimiento al tiempo que
en el peor de los casos provoca una reducción de poca importancia en
el tamaño medio de partícula del producto. Por ejemplo, al utilizar
una alimentación de PCC producido a 60
kW-h/tonelada, el límite práctico del contenido en
sólidos en la suspensión a través de una evaporación normal era del
74% con una viscosidad de Hercules correspondiente de 18+ @ 200 RPM
("A-bob"/1.100). En comparación, el contenido
en sólidos de la suspensión de la misma alimentación de PCC subió
hasta el 75,3% con la utilización de la mezcladora de rotor/estator
en línea durante la evaporación y la viscosidad de Hercules
resultante para el contenido en sólidos más alto era de un más que
razonable valor de 18+ @ 935 RPM
(("A-bob"/1.100). Este ensayo indica que
podría utilizarse la mezcladora de rotor/estator en línea para
mejorar de manera significativa la reología de alta cizalladura de
las suspensiones de PCC para recubrimiento, bien sea en la ausencia
de un evaporador o conjuntamente con el mismo al tiempo que se
minimizaría cualquier efecto deteriorante sobre las propiedades de
tamaño de partícula.
Para estudiar la estabilidad reológica de las
suspensiones de PCC que habían sido preparadas utilizando la
mezcladora de rotor/estator en línea por este aspecto de la presente
invención, se llevaron a cabo estudios experimentales adicionales
de la siguiente manera. El producto de suspensión de PCC para
recubrimiento utilizado para estos estudios fue preparado y molido
aplicando una molienda con medio de molienda a 60
kW-h/tonelada a uno de los lotes descritos
anteriormente en este ejemplo. A continuación fue evaporado al
tiempo de aplicar la mezcladora en línea de rotor/estator durante
la etapa de evaporación, en la manera y según el esquema
anteriormente descritos.
Las viscosidades de la suspensión de PCC
iniciales a un contenido en sólidos del 75,31% en peso eran de:
- Viscosidad de Brookfield (20 RPM) = 974 cps; Viscosidad de Hercules ("A-bob") = 18+/935 RPM.
- Al dejar envejecer esta misma muestra de la suspensión de PCC (envejecida de manera completamente estática - sin mezclado) por 4 semanas en un recipiente sellado, se descubrió que las viscosidades para la misma con un contenido en sólido del 75,31% eran las siguientes:
- Viscosidad de Brookfield (20 RPM) = 980 cps; Viscosidad de Hercules ("A-bob") = 18+/660 RPM.
Como ejemplo comparativo, la suspensión de
control de PCC original, que no había sido sometida a la mezcladora
de rotor/estator durante la evaporación, pudo evaporarse solamente
hasta un contenido en sólidos del 74,5% y presentaba las siguientes
viscosidades iniciales:
- Viscosidad de Brookfield (20 RPM) = 1.280 cps; Viscosidad de Hercules ("A-bob") = 18+/90 RPM.
Los beneficios en la viscosidad de alta
cizalladura de Hercules derivados del procesamiento de la suspensión
de PCC a través de la mezcladora de rotor/estator eran persistentes
y parecían deteriorarse únicamente de manera nominal en una
situación de duración de plazo largo. Las viscosidades resultantes
medidas tras 4 semanas eran considerablemente mejores que las de la
suspensión de PCC de control no tratada (es decir, sin pasar por la
mezcladora de rotor/estator). Esencialmente, no se observó ningún
cambio en la viscosidad de Brookfield a lo largo del periodo de
tiempo de 4 semanas para la suspensión de PCC procesada
\hbox{con la mezcladora de rotor/estator según la presente
invención.}
Para confirmar los resultados de estos estudios
preliminares de envejecimiento, se llevaron a cabo ensayos
adicionales sobre la estabilidad reológica de las suspensiones de
PCC que fueron preparadas utilizando la mezcladora de rotor/estator
en línea por este aspecto de la presente invención. Los productos de
suspensión de PCC para recubrimiento (con un contenido en sólidos
del 72,5%) utilizados para estos estudios fueron preparados y
molidos utilizando una molienda con medio de molienda a 60
kW-h/tonelada de una manera similar a las descritas
anteriormente en este ejemplo. Se midieron las propiedades de
viscosidad de las suspensiones de PCC mezcladas a alta cizalladura
al cabo de una semana, al cabo de dos semanas, y al cabo de un mes.
Las suspensiones de ensayo fueron preparadas aplicando la
mezcladora en línea de rotor/estator durante la etapa de
evaporación, en la manera anteriormente descrita. Los ensayos y los
resultados son resumidos en la Tabla 4 que se muestra a
continuación.
- \text{*}
- = 3/4 no factible ya que se partió
En otro conjunto de experimentos separados, la
mezcladora de tipo rotor/estator fue utilizada por separado, y no
conjuntamente con ningún evaporador de deshidratación, sobre un
producto de suspensión de PCC con un alto contenido en sólidos
correspondiente a un producto de PCC de recubrimiento 11 según es
producido por el conjunto de equipamiento de procesamiento de PCC
de la Figura 1, para determinar si la viscosidad de Hercules del
producto de suspensión de PCC podría ser reducida y de esa manera
mejorada manteniendo constantes todas los demás aspectos. La
viscosidad de alta cizalladura resultó mejorada en las suspensiones
procesadas de esta manera. De manera alternativa, y a pesar de no
llevarse a cabo en los experimentos descritos en la presente
memoria, los últimos experimentos pueden también llevarse a cabo de
tal manera que la mezcladora de rotor/estator se conecta en línea
en el lado de la salida de la unidad de evaporación en el esquema de
procesamiento, que de otra manera se muestra en la Figura 1, sin
recircular la fracción de la suspensión sometida a cizalladura de
vuelta al evaporador por la forma de realización de la invención
mostrada en la Figura 8, de manera que la evaporación estándar de
la suspensión puede modificarse para incorporar la etapa de mezclado
de alta cizalladura por esta invención como un proceso de flujo
continuo, a diferencia de una operación de unidades discontinuas,
tal como se ilustra en la Figura 8.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
IV
A diferencia de utilizar un pigmento de
recubrimiento de PCC de partículas ultrafinas y forma romboédrica
en los experimentos de evaporación de la suspensión y de preparación
a alta cizalladura con rotor/estator del Ejemplo III, este
experimento examinó los beneficios del postprocesamiento de un
pigmento de recubrimiento de PCC de partículas ultrafinas y forma
romboédrica, es decir, un producto de PCC comercial denominado
"CS-40", producido por J.M. Huber Corporation
in Hermalle, Bélgica. Las propiedades de tamaño de partícula y área
superficial BET del producto de control CS-40 son
resumidas en la Tabla 5 que se muestra a continuación. Se produjo
una suspensión de CS-40 con un contenido en sólidos
del 72,34% en peso mediante un proceso convencional para
suspensiones de PCC, tal como se ha descrito anteriormente según la
Figura 1. Se determinaron las viscosidades de Brookfield y Hercules
de esta suspensión de producto terminado y se registraron en la
Tabla 5 como ensayo 58. En los experimentos de este Ejemplo IV, la
viscosidad de alta cizalladura de Hercules no solamente se midió
utilizando el cilindro interior colgante con forma de A o
"A-bob" a 1.100 RPM estándar sino que también
se midió utilizando el cilindro interior colgante con forma de E o
"E-bob" a 4.400 RPM alternativo. La medición de
"E-bob"/4.400 RPM produjo una información de
viscosidad que se corresponde a un nivel de aplicación de
cizalladura mucho mayor que la medición de
"A-bob"/1.100 RPM (45,848 seg^{-1}
versus 4.554 seg^{-1}, respectivamente, a sus máximas
velocidades de cizalladura). A continuación la suspensión de control
de CS-40 se hizo pasar a través de la mezcladora de
alta cizalladura, en línea, de tipo rotor/estator (igual a la
identificada en el Ejemplo III de la presente memoria) a unas
velocidades de alimentación de la suspensión de 0,25 GPM (ensayo
59) y 0,50 GPM (ensayo 60) utilizando 3 chapas de relleno (lo que
corresponde a un espacio de 0,030''). A ambas velocidades de
alimentación de la suspensión, se alcanzaron mejoras importantes en
la viscosidad de Hercules ("A-bob" o
"E-bob") al tiempo que se observaron unos
efectos prácticamente insignificantes sobre las propiedades de
tamaño medio de partícula del PCC con forma escalenoédrica, valor de
la pendiente 75/25 y, área superficial BET. Estos datos
conjuntamente con los datos anteriores del Ejemplo III demuestran
claramente que los beneficios reológicos de utilizar la mezcladora
de alta cizalladura, en línea, de tipo rotor/estator no se limitan
a un tipo de morfología de partícula de PCC en particular.
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Ejemplo
V
En este ejemplo, se examinaron los beneficios de
procesamiento derivados del empleo de la mezcladora en línea de
rotor/estator sobre una suspensión de pigmento para recubrimiento de
PCC con forma romboédrica con un tamaño medio de partícula más
grueso (de aproximadamente 0,8 \mum). La mezcladora de
rotor/estator utilizada para los estudios descritos en el Ejemplo
III también fue utilizada para estos estudios adicionales. Este
producto de recubrimiento de PCC con forma romboédrica se obtuvo
como un producto comercialmente disponible denominado
"CR-80", fabricado por J.M. Huber Corporation
in Hermalle, Bélgica. Las propiedades de tamaño de partícula y área
superficial BET del control de CR-80 se resumen en
la Tabla 6 que se muestra a continuación. En comparación, los
pigmentos de recubrimiento de PCC basado en partículas ultrafinas
con forma romboédrica sometidos a ensayo anteriormente con la
mezcladora de rotor/estator en el Ejemplo III presentaban un tamaño
medio de partícula de aproximadamente 0,55 \mum.
Se produjo una suspensión de
CR-80 con un contenido en sólidos del 72,23% en peso
mediante un proceso convencional para suspensiones de PCC, tal como
se ha descrito anteriormente según al Figura 1. Se determinaron las
propiedades de viscosidad de Brookfield y de Hercules de esta
suspensión de producto terminado y se registraron en la Tabla 6
como ensayo 61. Nuevamente, la viscosidad de alta cizalladura de
Hercules se midió no solamente utilizando un cilindro interior
colgante con forma de A o "A-bob" a 1.100 RPM
estándar sino que también con un cilindro interior colgante con
forma de E o "E-bob" a 4.400 RPM. A
continuación la suspensión de control de CR-80 se
hizo pasar a través de la mezcladora de alta cizalladura, en línea,
de rotor/estator a unas velocidades de alimentación de 0,25 GPM
(ensayo 62) y 0,50 GPM (ensayo 63), utilizando 3 chapas de relleno
(lo que corresponde a un espacio de 0,030''). A ambas velocidades
de alimentación, se consiguieron unas mejoras importantes en la
viscosidad de Hercules ("A-bob" o
"E-bob") al tiempo que se observaron unos
efectos prácticamente insignificantes sobre las propiedades de
tamaño medio de partícula del PCC de partículas romboédricas, valor
de pendiente 75/25 y, área superficial BET. Estos datos
conjuntamente con los datos anteriores del Ejemplo III demostraron
claramente que los beneficios reológicos de utilizar la mezcladora
de alta cizalladura, en línea, de rotor/estator no se limitan a un
tamaño de partícula de PCC de partículas romboédricas
particular.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
La presente invención puede realizarse de otras
formas específicas sin alejarse del espíritu o de los atributos
esenciales de la misma y por correspondiente debe hacerse referencia
a las reivindicaciones adjuntas en vez de a la especificación
descrita anteriormente como indicativas del alcance de la
invención.
Claims (23)
-
\global\parskip0.950000\baselineskip
1. Proceso para la preparación de una composición de carbonato de calcio precipitado (PCC), que comprende las etapas de molienda en húmedo de una suspensión acuosa de PCC, en el que dicha molienda se lleva a cabo en una pluralidad de etapas de molienda separadas; la deshidratación parcial de dicha suspensión de PCC molido en la presencia de un dispersante orgánico en una centrifugadora de tambor sólido en forma de cesta; y la operación de someter dicha suspensión de PCC centrifugada en la presencia de un dispersante orgánico a unas fuerzas de cizalladura de fluido en una mezcladora de rotor y estator. - 2. Proceso para la preparación de una suspensión acuosa de carbonato de calcio precipitado (PCC) adecuada para composiciones de recubrimiento para papel, que comprende las etapas de:
- a)
- Disponer una suspensión de PCC que comprende una suspensión acuosa de carbonato de calcio precipitado formada mediante la carbonatación de leche de cal;
- b)
- La molienda en húmedo de la suspensión de PCC en una pluralidad de etapas de molienda separadas y estando esencialmente libre de la presencia de un dispersante orgánico eficaz para proporcionar una pendiente de aproximadamente 1,8 o inferior y un tamaño medio de partícula de entre aproximadamente 0,25 \mum y aproximadamente 2,0 \mum.
- c)
- La adición de un dispersante orgánico a dicha suspensión de PCC molido;
- d)
- La centrifugación de dicha suspensión de PCC dispersado, molido, en una centrifugadora de tambor sólido en forma de cesta eficaz para deshidratar parcialmente dicha suspensión de PCC con el fin de obtener una suspensión de PCC filtrada con un contenido en sólidos de por lo menos aproximadamente el 65% en peso.
- e)
- La adición de un dispersante orgánico a dicha suspensión de PCC parcialmente deshidratada; y
- f)
- La operación de someter dicha suspensión de PCC a unas fuerzas de cizalladura de fluido en una mezcladora en línea que comprende una mezcladora de rotor y estator eficaz para reducir la viscosidad de cizalladura de dicha suspensión de PCC.
- 3. Proceso para la preparación de una suspensión acuosa de carbonato de calcio precipitado (PCC) adecuada para composiciones de recubrimiento para papel, que comprende las etapas de:
- a)
- La precipitación del carbonato de calcio carbonatando una suspensión acuosa de hidróxido de calcio para producir una suspensión de PCC que comprenda una suspensión acuosa de PCC predominantemente en forma de cristal de calcita;
- b)
- La molienda en húmedo a baja energía de la suspensión de PCC en una pluralidad de etapas de molienda separadas y estando esencialmente libre de la presencia de un dispersante orgánico eficaz para proporcionar una pendiente de aproximadamente 1,8 o inferior y un tamaño medio de partícula de entre aproximadamente 0,25 \mum y aproximadamente 2,0 \mum.
- c)
- La adición de un dispersante orgánico mezclando adicionalmente el mismo a dicha suspensión de PCC molido, en la que la suspensión de PCC molido presenta un contenido en sólidos inferior a aproximadamente el 25% en peso;
- d)
- La centrifugación de dicha suspensión de PCC molido en una centrifugadora de tambor sólido en forma de cesta eficaz para deshidratar parcialmente dicha suspensión con el fin de obtener una suspensión de PCC filtrada con un contenido en sólidos de por lo menos aproximadamente el 65% en peso.
- e)
- La adición de un dispersante orgánico mezclando el mismo a dicha suspensión parcialmente deshidratada; y
- f)
- La operación de someter dicha suspensión de PCC a unas fuerzas de cizalladura de fluido en una mezcladora de rotor y estator en línea eficaz para reducir la viscosidad de cizalladura de Hercules de dicha suspensión al tiempo que se mantiene la pendiente de PCC dentro del 5% de la misma presente a la finalización de la etapa b).
- 4. Proceso según la reivindicación 3, en el que el PCC proporcionado en la etapa a) presenta una pendiente > 2,0.
- 5. Proceso según la reivindicación 3, en el que el PCC predominantemente en forma de cristales de calcita se forma como agregados de los cristales de PCC.
- 6. Proceso según la reivindicación 3, que adicionalmente comprende las etapas adicionales de: g) la adición de dicha suspensión de PCC sometida a cizalladura a una formulación de recubrimiento para papel; y h) el recubrimiento de por lo menos una cara de una base de pasta de papel con dicha composición de recubrimiento para papel.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- 7. Proceso según la reivindicación 6, que adicionalmente comprende la etapa adicional de utilizar dicha suspensión de PCC sometida a cizalladura en una formulación de recubrimiento para papel, a condición de que, justo después de la etapa d) y hasta la etapa de recubrimiento del papel, la suspensión de PCC se mantiene de tal manera que la pérdida total de agua por evaporación a partir de la suspensión de PCC es inferior al 5% en peso del agua presente en la suspensión de PCC a la finalización de la etapa d).
- 8. Proceso según la reivindicación 3, en el que dicha suspensión de PCC parcialmente deshidratada obtenida a partir de la etapa d) presenta un contenido en sólidos de entre aproximadamente el 70% en peso y aproximadamente el 80% en peso.
- 9. Proceso según la reivindicación 3, en el que dicha suspensión de PCC molido presenta un contenido en sólidos de entre aproximadamente el 16% en peso y aproximadamente el 22% en peso.
- 10. Proceso según la reivindicación 3, en el que dicha etapa f) comprende la operación de someter el PCC como una suspensión bombeable, a una fuerzas de cizalladura de fluido, de alta velocidad, en la mezcladora de rotor y estator haciendo pasar dicha suspensión de PCC a través de un espacio estrecho a lo largo del cual se mantiene un diferencial de presión, en el que dicho espacio estrecho viene definido entre el rotor y el estator estacionario y colocado a muy poca distancia verticalmente alrededor del rotor, en el que dicho rotor es rotado a gran velocidad con respecto a dicho estator estacionario, y dicha suspensión de PCC es sometida a dichas fuerzas de cizalladura en por lo menos dicho espacio estrecho entre dicho estator y dicho rotor.
- 11. Proceso según la reivindicación 3, en el que la forma de cristal de calcita comprende predominantemente una forma romboédrica o una forma escalenoédrica.
- 12. Proceso según la reivindicación 3, en el que la suspensión de PCC molido obtenida en la etapa b) tiene una pendiente de aproximadamente 1,75 o menor.
- 13. Proceso según la reivindicación 3, en el que la centrifugadora utilizada en la etapa d) comprende una centrifugadora de tambor sólido en forma de cesta Bird.
- 14. Proceso según la reivindicación 3, en el que la molienda en húmedo en la etapa b) se lleva a cabo realizando múltiples pasadas de la suspensión de PCC a través de un molino con medio de molienda horizontal.
- 15. Proceso según la reivindicación 3, en el que la molienda en húmedo en la etapa b) se lleva a cabo realizando múltiples pasadas de la suspensión de PCC a través de un molino con medio de molienda vertical.
- 16. Suspensión acuosa de PCC de recubrimiento para papel que comprende una suspensión de PCC producida mediante el proceso de la reivindicación 1.
- 17. Suspensión acuosa de PCC de recubrimiento para papel que comprende una suspensión de PCC producida mediante el proceso de la reivindicación 1 y en la que el PCC suspendido en la suspensión de PCC comprende unos cristales de PCC en un contenido en peso de por lo menos el 50%, y en la que las partículas de PCC en la suspensión de PCC comprenden una pendiente inferior a aproximadamente 1,8 y un tamaño medio de partícula de entre aproximadamente 0,25 \mum y aproximadamente 2,0 \mum.
- 18. Suspensión acuosa de recubrimiento para papel según al reivindicación 17 en la que los cristales de PCC comprenden unas partículas de PCC predominantemente de forma romboédrica o de forma escalenoédrica.
- 19. Suspensión acuosa de recubrimiento para papel que comprende una suspensión de PCC producida mediante el proceso de la reivindicación 2.
- 20. Suspensión acuosa de PCC de recubrimiento para papel que comprende una suspensión de PCC producida mediante el proceso de la reivindicación 2 y en la que el PCC suspendido en la suspensión de PCC comprende unos cristales de PCC en un contenido en peso de por lo menos el 50%, y en la que las partículas de PCC en la suspensión de PCC comprenden una pendiente inferior a aproximadamente 1,8 y un tamaño medio de partícula de entre aproximadamente 0,25 \mum y aproximadamente 2,0 \mum.
- 21. Composición de carbonato de calcio que comprende un carbonato de calcio precipitado que presenta una pendiente inferior a aproximadamente 1,8 y un tamaño medio de partícula de entre aproximadamente 0,25 \mum y aproximadamente 2,0 \mum.
- 22. Composición de carbonato de calcio según la reivindicación 20 en forma de una suspensión acuosa.
- 23. Suspensión acuosa según al reivindicación 22 que presenta un contenido en sólidos de aproximadamente el 72% os superior, y una viscosidad de cizalladura de Hercules de +18 dinas a \geq 500 RPM ("A-bob"/1.100) o \leq 18 dinas a 1.100 RPM ("A-bob"/1.100).
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