ES2700776T3 - Sol de sílice - Google Patents

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Abstract

Un sol de sílice que tiene un pH superior a 10, una relación molar de SiO2:M2O, en la que M es metal alcalino, de 6:1 a 16:1, una concentración de sílice soluble superior a 3000 mg de SiO2/l, y un valor de S de 18 a 40%.

Description

DESCRIPCIÓN
Sol de sílice
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un sol de sílice y a su producción y uso. La invención proporciona un sol de sílice que es adecuado para su uso como agente floculante, en particular como adyuvante de drenaje y retención en la fabricación de papel.
Antecedentes de la invención
En la técnica de fabricación de papel, una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas, y carga y aditivos opcionales, se introduce en una caja de alimentación que expulsa la suspensión celulósica sobre una tela metálica formadora. El agua se drena de la suspensión celulósica para proporcionar una banda de papel húmedo que adicionalmente se deshidrata y seca en la sección de secado de la máquina de papel. Se introducen convencionalmente adyuvantes de drenaje y retención en la suspensión celulósica para facilitar el drenaje y aumentar la adsorción de partículas finas sobre las fibras celulósicas para que se retengan con las fibras.
Se han utilizado extensamente soles de sílice como adyuvantes de drenaje y retención, generalmente en combinación con polímeros orgánicos cargados. Tales sistemas de aditivos se encuentran entre los más eficientes que se usan actualmente en la industria de fabricación de papel. Los ejemplos de soles de sílice conocidos en la técnica incluyen los descritos en las patentes de EE.UU. Nos. 4.388.150 y 6.372.806 así como las publicaciones de solicitud de patente internacional Nos. WO 91/07350, 91/07351, 94/05596, 98/30753, 98/56715, 00/66491, 00/66492, 2005/097678, 2005/100241, 2008/150230 y 2010/006994.
Sería deseable proporcionar un sol de sílice con un mejor rendimiento de drenaje y retención en la producción de papel y cartón. También sería deseable proporcionar un método para producir tal sol de sílice. También sería deseable proporcionar un procedimiento para fabricar papel y cartón con un mejor rendimiento de drenaje y retención.
Compendio de la invención
La presente invención se refiere generalmente a un sol de sílice que tiene un pH superior a aproximadamente 10, una relación molar de SiO2:M2O, en la que M es metal alcalino, de 6 a 16, una concentración de sílice soluble superior a aproximadamente 3000 mg de SiO2/l, y un valor de S de 18 a 40%.
La invención se refiere además a un procedimiento para la producción de un sol de sílice que comprende:
(a) acidificar una disolución acuosa de silicato de metal alcalino a un pH de 1 a 4 para formar un sol ácido, (b) alcalinizar el sol ácido mediante la adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino para obtener un sol intermedio e interrumpir la adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino cuando el sol intermedio ha alcanzado un pH de 5 a 8.
(c) agitar el sol intermedio durante un periodo de tiempo de 10 a 6000 segundos sin adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino,
(d) alcalinizar el sol intermedio mediante la adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino para obtener un sol de sílice que tiene un pH superior a 10 y una relación molar de SiO2:M2O, en la que M es un metal alcalino, de 6:1 a 16:1, y
(e) opcionalmente añadir un compuesto de aluminio al sol ácido, sol intermedio o sol de sílice.
La intención se refiere además al uso del sol de sílice de la invención como agente floculante, tanto en la purificación de agua como en la producción de papel y cartón como adyuvante de drenaje y retención.
La invención además se refiere en general a un procedimiento para producir papel y cartón, que comprende:
(i) proporcionar una suspensión acuosa que comprende fibras celulósicas;
(ii) añadir a la suspensión uno o más adyuvantes de drenaje y retención que comprenden un sol de sílice de la invención, y
(iii) deshidratar la suspensión obtenida para proporcionar una hoja o banda de papel o cartón.
Descripción detallada de la invención
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sol de sílice, denominado también en esta memoria “sol”, “sol de partículas de sílice”, o “sol que contiene partículas de sílice”, que es adecuado para usar como agente floculante, por ejemplo en la fabricación de papel y la purificación de agua, en particular como adyuvante de drenaje y retención en la fabricación de papel. La expresión “adyuvante de drenaje y retención”, como se usa en la presente memoria, se refiere a uno o más aditivos que, cuando se añaden a una suspensión acuosa celulósica, proporcionan un mejor drenaje y/o retención que los que se obtienen cuando no se añaden dichos uno o más aditivos.
El sol de sílice de la invención proporciona varias mejoras cuando se usa como aditivo en la producción de papel y cartón, en particular cuando se produce papel y cartón a partir de suspensiones celulósicas que tienen baja conductividad y/o demanda catiónica. Tales suspensiones celulósicas se usan normalmente en la producción de papel y cartón a partir de pasta química y pasta de fibra reciclada, por ejemplo en fábricas de papel y cartón no integradas y fábricas que usan una cantidad sustancial de fibra reciclada. El uso del sol de sílice según la invención hace posible aumentar el drenaje (deshidratación) y la retención, disminuir el consumo de vapor en la sección de secado y/o aumentar la velocidad de la máquina de fabricación de papel y cartón, usar una dosis menor de aditivo para dar un efecto de drenaje y retención correspondiente, y mejorar la formación de papel y cartón, conduciendo de este modo a procedimientos mejorados de fabricación de papel y cartón, mejor calidad del papel y cartón producidos, y beneficios económicos. El sol de sílice de la invención presenta también una estabilidad mejorada, en particular cuando se diluye con agua, y una estabilidad mejorada frente a la precipitación, agregación y gelificación. De este modo la presente invención proporciona beneficios en términos de aplicación y uso del sol de sílice.
Preferiblemente, el sol según la invención es acuoso. El sol contiene partículas de sílice, es decir, partículas de, o basadas en, sílice o SiO2 que son preferiblemente aniónicas y preferiblemente coloidales, es decir, en el intervalo coloidal de tamaño de partícula. Las dispersiones acuosas de este tipo se denominan normalmente soles. Preferiblemente, las partículas de sílice se han preparado mediante polimerización por condensación de compuestos silíceos, por ejemplo ácidos silícicos y silicatos. También pueden estar presentes otros elementos o componentes en la fase acuosa del sol y/o en las partículas de sílice. Tales elementos o componentes pueden estar presentes como impurezas o como resultado de una introducción o modificación deliberada.
El sol de sílice de la invención tiene un pH de al menos 10,0 o al menos 10,2 y normalmente al menos 10,5. Normalmente, el pH del sol de sílice es de hasta 11,5, más a menudo hasta 11,3 y con frecuencia aproximadamente 11,0.
El sol de sílice de la invención tiene una relación molar de SiO2:M2O, en la que M es un metal alcalino, de al menos 6:1, convenientemente al menos 8:1, preferiblemente al menos 10:1. La relación molar de SiO2:M2O es de hasta 16:1, adecuadamente hasta 15:1 o hasta 14:1. El metal alcalino M puede ser litio, sodio, potasio, y una mezcla de los mismos, preferiblemente sodio, y las relaciones molares definidas anteriormente son preferiblemente la relación molar de SiO2:Na2O.
El sol de sílice de la invención tiene una concentración de sílice soluble de al menos 3.000 mg de SiO2 por litro de sol líquido (mg de SiO2/l), normalmente al menos 3.500 mg de SiO2/l o al menos 4.000 mg de SiO2/l. La concentración de sílice soluble puede ser de hasta 12.000 mg de SiO2/l, normalmente hasta 10.000 mg de SiO2/l o hasta 8.000 mg de SO /l, convenientemente hasta 6.000 mg de SO /l. El sol de sílice es preferiblemente acuoso, y los valores anteriores son preferiblemente por litro de sol acuoso (mg de SiO2/l). La concentración de sílice soluble se mide y calcula como se ha descrito por J.B. Mullin y J. P. Riley en Anal. Chim. Acta, vol. 12 (1955), pp. 162-176 usando un espectrofotómetro UV-VIS Helios Alfa, Unicam.
El sol de sílice de la invención tiene normalmente una conductividad de al menos 3,0 mS/cm o al menos 4,0 mS/cm, convenientemente al menos 5,0 o al menos 6,0 mS/cm, preferiblemente al menos 7,0 mS/cm. Normalmente la conductividad es de hasta 12,0 mS/cm, convenientemente hasta 10,0 mS/cm. La conductividad se puede medir por medio de una técnica conocida, por ejemplo usando un medidor de conductividad CDM92, Radiometer, Copenhagen.
El sol de sílice de la invención tiene normalmente un valor S de al menos 18% o al menos 20%, convenientemente al menos 26% o al menos 30%. El valor S es de hasta el 40% o hasta 38% y convenientemente hasta 35%. El valor S se mide y calcula como se ha descrito por R. K. Iler & R. L Dalton en J. Phys. Chem. 60 (1956), 955-957. El valor S de un sol de sílice indica el grado de formación de agregados o microgeles, y un valor S más bajo indica un mayor grado de formación de agregados y microgeles.
El sol de sílice de la invención puede comprender aluminio, y el sol de sílice se puede modificar con aluminio. El aluminio puede estar presente en la fase continua, o acuosa, del sol y/o en las partículas de sílice. Convenientemente, el sol de sílice contiene partículas de sílice que se modifican con aluminio, y preferiblemente las partículas de sílice se modifican en la superficie con aluminio. Si el sol de sílice comprende aluminio, y si el sol y/o las partículas de sílice se modifican con aluminio como se ha definido anteriormente, el sol de sílice normalmente tiene una relación molar de Si:Al de al menos 4:1 o al menos 25:1, convenientemente al menos 50:1, preferiblemente al menos 75:1, y la relación molar de Si:AL puede ser de hasta 400:1, normalmente hasta 250:1, convenientemente hasta 200:1 y preferiblemente hasta 150:1.
Alternativamente, el sol de sílice de la invención puede estar libre o esencialmente libre de aluminio, y el sol de sílice puede contener partículas de sílice que no están modificadas con aluminio. Esto significa que el aluminio puede estar presente en el sol como una impureza, en la fase continua, o acuosa, del sol y/o en las partículas de sílice, y entonces el sol de sílice tiene normalmente una relación molar de Si:Al de al menos 400:1 o al menos 500:1, convenientemente al menos 600:1, dependiendo de las propiedades del material de partida usado para preparar el sol de sílice.
Las partículas de sílice del sol tienen una superficie específica de al menos 300 m2/g o al menos 500 m2/g, convenientemente al menos 600 m2/g y preferiblemente al menos 750 m2/g. La superficie específica es normalmente de hasta 1500 m2/g o al menos 1300 m2/g, convenientemente hasta 1100 m2/g. La superficie específica se mide por medio de valoración química con NaOH como se ha descrito por G. W. Sears, Jr. en Analytical Chemistry 28 (1956): 12, 1981-1983, después de la apropiada separación o ajuste de cualquier compuesto presente en la muestra que pueda alterar la valoración, como el aluminio y compuestos de boro, por ejemplo como se ha descrito por Sears y en la patente de EE.UU. No. 5.176.891. Las superficies específicas dadas en la presente memoria representan la superficie específica media de las partículas de sílice presentes en el sol.
El sol de sílice de la invención tiene generalmente un contenido de sílice (SO 2) de al menos 2% en peso o al menos 3% en peso, convenientemente al menos 5% en peso o al menos 8% en peso y preferiblemente al menos 10% en peso. Normalmente, el contenido de sílice es de hasta 30% en peso o hasta 20% en peso y convenientemente hasta 15% en peso. Con el fin de simplificar el envío y reducir los costos de transporte, generalmente es preferible enviar un sol de sílice de alta concentración de la invención, pero también es posible diluir y mezclar el sol de sílice con agua hasta un contenido de sílice sustancialmente inferior antes de usar, por ejemplo un contenido de sílice de 0,05 a 2% en peso o de 0,1 a 1,5% en peso. La dilución y mezcla con agua antes de usar en un procedimiento para producir papel y cartón puede dar como resultado una buena mezcla con los componentes de suministro de la suspensión celulósica. Una ventaja asociada con el sol de sílice de la invención es que es menos sensible a la dilución con agua, en particular agua que contiene una cantidad sustancial de calcio, que se usa normalmente en la industria de fabricación de papel, y de este modo el presente sol de sílice muestra una estabilidad mejorada frente a la precipitación, también durante almacenamiento prolongado a temperaturas elevadas, que puede conducir a agregación y gelificación.
Otra ventaja asociada con el presente sol de sílice es que se puede añadir tal como está, o con un alto contenido de sílice, a la suspensión celulósica, es decir, sin dilución y mezcla con agua, y aún da como resultado una buena y mejor mezcla con los componentes de suministro de la suspensión celulósica.
La viscosidad del sol de sílice de la invención puede variar dependiendo, por ejemplo, del contenido de sílice del sol. La viscosidad es a menudo al menos 2 cP, o al menos 3 cP, convenientemente al menos 3,5 cP. Normalmente, la viscosidad es de hasta 15 cP o hasta 10 cP, convenientemente hasta 8,0 cP. La viscosidad se puede medir por medio de una técnica conocida, por ejemplo usando un viscosímetro Brookfield LVDV-II Pro, huso ULA (00). Según la invención, el sol de sílice se puede producir usando un silicato de metal alcalino como material de partida mediante un procedimiento que comprende acidificación, alcalinización, formación de partículas, crecimiento de partículas, agregación de partículas y formación de microgeles, opcional modificación con aluminio y concentración opcional. El material de partida es una disolución acuosa de silicato de metal alcalino, o vidrio acuoso. Los ejemplos de silicatos de metales alcalinos adecuados incluyen silicatos de litio, sodio, potasio y sus mezclas, preferiblemente silicato sódico. El silicato de metal alcalino tiene normalmente una relación molar de SiO2 :M2O, en la que M es metal alcalino, de 1:1 a 15:1, convenientemente 1,5:1 a 4,5:1, preferiblemente 2,5:1 a 4,0:1. El silicato de metal alcalino acuoso usado tiene normalmente un contenido de SiO2 de 1 a 35% en peso, convenientemente 3 a 30% en peso. La disolución acuosa de silicato de metal alcalino tiene normalmente un pH superior a 12, típicamente superior a 13. En el procedimiento, la disolución acuosa de silicato de metal alcalino se somete a acidificación. Durante la acidificación, la formación y crecimiento de partículas de sílice tiene lugar preferiblemente. La acidificación se puede realizar mediante la adición de un ácido mineral, por ejemplo ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y ácido fosfórico, y/o por medio de otras sustancias químicas conocidas para acidificación, por ejemplo sulfato amónico y dióxido de carbono. Preferiblemente, la acidificación se realiza por medio de un intercambiador catiónico ácido. La acidificación se realiza preferiblemente por medio de una resina de intercambio catiónico fuertemente ácida, por ejemplo una resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico. La acidificación de la disolución acuosa de silicato de metal alcalino se realiza para proporcionar una disolución acuosa acidificada, o sol ácido, que tiene un pH de 1,0 a 4,0, convenientemente de 2,0 a 4,0 y preferiblemente de 2,2 a 3,0.
El sol ácido puede someterse a un crecimiento adicional de partículas y/o agregación de partículas, o aglomeración. Esto se puede lograr mediante almacenamiento a temperatura ambiente durante periodos de tiempo algo más prolongados, por ejemplo durante un día o hasta 3 a 4 días, o mediante tratamiento térmico en el que el periodo de tiempo y temperatura se pueden ajustar de manera que se use un periodo de tiempo más corto a una temperatura más alta. Es posible usar una temperatura bastante alta durante un periodo de tiempo muy corto, y también es posible usar una temperatura más baja durante un periodo de tiempo algo más largo. En el tratamiento térmico, el sol acidificado se puede calentar a una temperatura de al menos 25°C, convenientemente de 30°C a 95°C y preferiblemente de 35°C a 80°C. El tratamiento térmico se realiza normalmente durante al menos aproximadamente 10 minutos, convenientemente de 15 a 600 minutos o de 20 a 240 minutos.
El sol ácido se alcaliniza mediante adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino para obtener un sol intermedio y después la adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino se detiene cuando el sol intermedio ha alcanzado un pH de 5 a 8, preferiblemente un pH de 6 a 8. Posteriormente, el sol intermedio se agita durante un periodo de tiempo de al menos 10 segundos, convenientemente al menos 60 segundos y preferiblemente al menos 300 segundos, y se puede agitar durante un periodo de tiempo de hasta 6000 segundos, convenientemente hasta 5000 segundos y preferiblemente hasta 1200 segundos sin adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino, preferiblemente de 300 a 1200 segundos, tras lo cual el sol intermedio se alcaliniza adicionalmente mediante adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino para obtener un sol de sílice que tiene un pH por superior a aproximadamente 10 y una relación molar de SiO2:M2O, en la que M es metal alcalino, de 6:1 a 16:1, preferiblemente el pH es de 10,5 a 11,5 y la relación molar de SiO2:M2O es de 10:1 a 14:1, y preferiblemente M es sodio.
El sol intermedio se somete a alcalinización usando una disolución acuosa de silicato de metal alcalino, opcionalmente usando el vidrio acuoso del material de partida como se ha definido anteriormente, que incluye su metal alcalino, relación molar, contenido de sílice y valor de pH. La alcalinización se realiza a un pH de al menos aproximadamente 10, normalmente al menos aproximadamente 10,5, y la alcalinización se realiza normalmente a un pH de hasta aproximadamente 11,5. Además la alcalinización se realiza normalmente hasta una relación molar final de SiO2:M2O, en la que M es metal alcalino, de al menos 6:1, convenientemente al menos 8:1 y preferiblemente al menos 10:1, y hasta 16:1, convenientemente hasta 15:1 o hasta 14:1.
La agregación de partículas y formación de microgeles se pueden lograr de varias maneras. El grado de formación de agregados y microgeles puede verse afectado por los contenidos de sal y sílice durante las etapas de acidificación y alcalinización, y por el periodo de tiempo y frecuencia durante los cuales la disolución de silicato de metal alcalino y/o sol ácido pasan a través de un mínimo de estabilidad a un pH en el intervalo de 5 a 8. Manteniendo la disolución de silicato de metal alcalino y sol ácido bajo agitación vigorosa durante las etapas de acidificación y alcalinización, respectivamente, en el intervalo de pH de 5 a 8, normalmente de 6 a 8, durante un periodo de tiempo prolongado, de 10 a 6000 segundos, por ejemplo de 10 a 600 segundos, se puede obtener el grado deseado de formación de agregados y microgeles, correspondiente a un valor S del sol de sílice final como se ha definido anteriormente. Convenientemente, la agregación de partículas y formación de microgeles se obtienen durante la etapa de alcalinización en el pH y periodo de tiempo definidos anteriormente.
El sol de sílice puede comprender aluminio y puede ser modificado con aluminio. La modificación con aluminio se puede lograr añadiendo un compuesto de aluminio al sol ácido, sol intermedio o sol alcalinizado, es decir, sol de sílice, por ejemplo al sol que se está alcalinizando, es decir, durante la alcalinización, por lo que el compuesto de aluminio se puede añadir junto con la disolución acuosa de silicato de metal alcalino como se ha definido anteriormente. Los ejemplos de compuestos de aluminio adecuados incluyen sales de aluminio alcalinas, por ejemplo aluminatos, convenientemente un aluminato acuoso, por ejemplo aluminato sódico, aluminato potásico y sus mezclas, preferiblemente aluminato sódico. Cuando se usa un compuesto de aluminio, se añade preferiblemente en una cantidad para proporcionar la relación molar de Si:Al como se ha definido anteriormente.
Si se desea, el sol de sílice obtenido después de la alcalinización se puede someter a concentración. Esto se puede realizar de una manera conocida, por ejemplo mediante métodos osmóticos, evaporación y ultrafiltración. La concentración del sol de sílice se puede hacer después de haber sido alcalinizado parcial o completamente.
El sol de sílice obtenido se puede diluir con agua para reducir el contenido de sílice a un valor deseado. La dilución con agua tiene lugar normalmente a contenidos de sílice dentro del intervalo de 0,05 a 2% en peso o de 0,1 a 1,5% en peso. La dilución con agua purificada aumenta normalmente la estabilidad del sol de sílice.
El sol de sílice de la invención es adecuado para su uso como agente floculante, por ejemplo en la producción de pasta, papel y cartón, preferiblemente como un adyuvante de drenaje y retención, y en la purificación de agua, tanto para la purificación de diferentes tipos de agua residual como para la purificación de aguas de vertido de la industria de pasta y papel. Los soles de sílice se pueden usar como agente floculante, preferiblemente como adyuvante de drenaje y retención, en combinación con uno o más polímeros orgánicos que se pueden seleccionar de polímeros aniónicos, anfóteros, no iónicos, y catiónicos y sus mezclas. Muy conocido en la técnica es el uso de tales polímeros como agentes floculantes y como adyuvantes de drenaje y retención.
El polímero se puede obtener a partir de fuentes naturales o sintéticas, y puede ser lineal, ramificado o reticulado. Los ejemplos de polímeros orgánicos generalmente adecuados incluyen almidones aniónicos, anfóteros y catiónicos; polímeros aniónicos, anfóteros y catiónicos basados en acrilamida, que incluyen esencialmente polímeros lineales, ramificados y reticulados, aniónicos y catiónicos basados en acrilamida; así como poli(cloruro de dialil-dimetilamonio) catiónico; polietileniminas catiónicas; poliaminas catiónicas; poliamidoaminas catiónicas y polímeros basados en vinilamida, resinas de melamina-formaldehído y de urea-formaldehído. Convenientemente, el sol de sílice se usa en combinación con al menos un polímero catiónico o anfótero, preferiblemente almidón catiónico y poliacrilamida catiónica, que se pueden usar individualmente, juntos entre sí o junto con otros polímeros, por ejemplo otros polímeros catiónicos y/o aniónicos, convenientemente poliacrilamida aniónica. El peso molecular medio ponderado del polímero es convenientemente superior a 1000000 y preferiblemente superior a 2000000. El límite superior del peso molecular medio ponderado del polímero no es crítico; puede ser 50000000, normalmente 30000000 y convenientemente 25000000. Sin embargo, el peso molecular medio ponderado de los polímeros obtenidos a partir de fuentes naturales puede ser mayor.
El sol de sílice de la invención también se puede usar en combinación con uno o más coagulantes, ya sea con o sin el uso conjunto del(de los) polímero(s) orgánico(s) descrito(s) anteriormente. Los ejemplos de coagulantes adecuados incluyen coagulantes orgánicos, por ejemplo coagulantes poliméricos orgánicos solubles en agua, y coagulantes inorgánicos. Los coagulantes se pueden usar individualmente o juntos, es decir, un coagulante polimérico se puede usar en combinación con un coagulante inorgánico. Los coagulantes son preferiblemente catiónicos. Los ejemplos de coagulantes catiónicos poliméricos orgánicos, solubles en agua, y adecuados incluyen poliaminas catiónicas, poliamidoaminas, polietileniminas, polímeros de condensación de diciandiamida y polímeros de monómero etilénicamente insaturado soluble en agua o de mezcla de monómeros que está formada por 50 a 100% en moles de monómero catiónico y 0 a 50% en moles de otro monómero. La cantidad de monómero catiónico es normalmente al menos 80% en moles, convenientemente 100% en moles. Los ejemplos de monómeros catiónicos etilénicamente insaturados adecuados incluyen met(acrilatos) de dialquilaminoalquilo y dialquilaminoalquil-acrilamidas, preferiblemente en forma cuaternizada, y cloruros de dialil-dialquil-amonio, por ejemplo, cloruro de dialil-dimetil-amonio (DADMAC), preferiblemente homopolímeros y copolímeros de DADMAc . Los coagulantes catiónicos poliméricos orgánicos tienen normalmente un peso molecular medio ponderado en el intervalo de 1000 a 700000, convenientemente de 10000 a 500000. Los ejemplos de coagulantes inorgánicos adecuados incluyen compuestos de aluminio, por ejemplo alumbre y compuestos de polialuminio, por ejemplo policloruros de aluminio, polisulfatos de aluminio, polisulfatos silicatos de aluminio y sus mezclas, preferiblemente alumbre y policloruro de aluminio.
Los adyuvantes adecuados de drenaje y retención para su uso según la invención incluyen diversas combinaciones del presente sol de sílice y uno o más polímeros orgánicos, y compuestos de aluminio opcionales. Los ejemplos de adyuvantes preferidos de drenaje y retención para su uso en el procedimiento de la invención comprenden (i) sol de sílice de la invención y almidón catiónico, (ii) sol de sílice de la invención, almidón catiónico y compuesto de aluminio, preferiblemente alumbre y policloruro de aluminio, (iii) sol de sílice de la invención y poliacrilamida catiónica, (iv) sol de sílice de la invención, poliacrilamida catiónica y compuesto de aluminio, preferiblemente alumbre y policloruro de aluminio, (v) sol de sílice de la invención, almidón catiónico y poliacrilamida catiónica, (vi) sol de sílice de la invención, almidón catiónico, poliacrilamida catiónica y compuesto de aluminio, preferiblemente alumbre y policloruro de aluminio, (vii) sol de sílice de la invención, poliacrilamida catiónica y poliacrilamida aniónica, (viii) sol de sílice de la invención, almidón catiónico y poliacrilamida aniónica, y (ix) sol de sílice de la invención, almidón catiónico, poliacrilamida aniónica y compuesto de aluminio, preferiblemente alumbre y policloruro de aluminio.
El uno o más adyuvantes de drenaje y retención según la invención se pueden añadir a la suspensión acuosa celulósica, o stock, de manera convencional, y en cualquier orden. Cuando se usan adyuvantes de drenaje y retención que comprenden sol de sílice y polímero orgánico, se prefiere añadir el polímero orgánico al stock antes de añadir el sol de sílice, o añadirlos simultáneamente, incluso si se puede usar el orden de adición opuesto. En una realización, el polímero orgánico se añade antes de una etapa de corte, que se puede seleccionar a partir de las etapas de bombeo, mezcla y limpieza, y el sol de sílice se añade después de esa etapa de corte. En otra realización, el sol de sílice y polímero orgánico se añaden ambos al final del proceso, por ejemplo después de la última etapa de alta cizalladura, que se puede seleccionar a partir de las etapas de bombeo, mezcla y limpieza, preferiblemente después del proceso de centrifugado.
Cuando se usan adyuvantes de drenaje y retención que comprenden un sol de sílice y polímeros orgánicos aniónicos y catiónicos, se prefiere añadir el polímero orgánico catiónico a la suspensión celulósica antes de añadir el sol de sílice y el polímero orgánico aniónico. Cuando se usa un coagulante, éste se añade preferiblemente a la suspensión celulósica antes de añadir el sol de sílice.
El uno o más adyuvantes de drenaje y retención según la invención se añaden al stock a deshidratar en cantidades que pueden variar dentro de amplios límites dependiendo de, entre otros, el tipo y número de adyuvantes de drenaje y retención, tipo de suministro, contenido de carga, tipo de carga, punto de la adición, etc. Generalmente, los componentes se añaden en cantidades que dan mejor drenaje y retención de lo que se obtiene al no añadir los componentes. El sol de sílice se añade normalmente en una cantidad de al menos 0,001% en peso, a menudo al menos 0,005% en peso, calculado como SiO2 y basado en el suministro seco, es decir, fibras celulósicas secas y carga opcional, y el límite superior es normalmente 1,0% en peso y convenientemente 0,5% en peso. Cada uno de los polímeros orgánicos se añade normalmente en una cantidad de al menos 0,001% en peso, a menudo al menos 0,005% en peso, basado en el suministro seco, y el límite superior es normalmente 3% en peso y convenientemente 1,5% en peso. Cuando se usa un coagulante polimérico catiónico, éste se puede añadir en una cantidad de al menos 0,05% en peso, basado en el suministro seco. Convenientemente, la cantidad está en el intervalo de 0,07 a 0,5% en peso, preferiblemente en el intervalo de 0,1 a 0,35% en peso. Cuando se usa un compuesto de aluminio como coagulante inorgánico, se puede añadir en una cantidad de al menos 0,005% en peso, calculado como AhO3 y basado en el suministro seco. Convenientemente la cantidad está en el intervalo de 0,01 a 3,0% en peso, preferiblemente en el intervalo de 0,05 a 2,0% en peso.
Aditivos adicionales que son convencionales en la producción de papel y cartón pueden, por supuesto, usarse en combinación con el sol de sílice de la invención, tales como, por ejemplo, agentes de resistencia en seco, agentes de resistencia en húmedo, agentes abrillantadores ópticos, colorantes, agentes de encolado tales como agentes de encolado a base de colofonia y agentes de encolado reactivos con la celulosa, por ejemplo dímeros de alquil- y alquenil-cetena y multímeros de cetenas, anhídridos alquil- y alquenil-succínicos, etc. La suspensión celulósica puede contener también carga mineral, por ejemplo caolín, arcilla china, dióxido de titanio, yeso, talco y carbonatos de calcio naturales y sintéticos tales como la tiza, mármol molido y carbonato cálcico precipitado.
La expresión “papel y cartón”, como se usa en la presente memoria, se refiere a todos los tipos de hojas o productos similares a papel continuo celulósicos. El procedimiento puede usarse en la producción de papel y cartón a partir de diferentes tipos de suspensiones de fibras celulósicas o que contienen celulosa, y las suspensiones contienen convenientemente al menos 25% en peso y preferiblemente al menos 50% en peso de tales fibras, basado en sustancia seca. La suspensión se puede preparar a partir de fibras celulósicas de pasta química, por ejemplo pastas de sulfato, sulfito y organosolv, pasta mecánica, por ejemplo pasta termomecánica, pasta quimio-termomecánica, pasta refinadora y pasta de madera molida, tanto de madera dura como blanda, y también puede basarse en fibras recicladas, opcionalmente a partir de pastas destintadas, y sus mezclas, preferiblemente la suspensión está hecha de pasta que comprende pasta química, pasta de fibras recicladas y sus mezclas. Los ejemplos de grados de papel y cartón adecuados obtenidos por la invención incluyen papel fino, testliner (cartón de revestimiento reciclado), white top liner (revestimiento superior blanco) y craft liner (papel madera).
El procedimiento de esta invención es particularmente útil en la producción de papel y cartón a partir de suspensiones celulósicas que tienen una conductividad y/o demanda catiónica relativamente bajas. En este caso, la conductividad de la suspensión celulósica que se deshidrata en la tela metálica es generalmente de al menos 0,5 mS/cm, convenientemente 0,75 mS/cm, y normalmente es de hasta 5,0 mS/cm, convenientemente hasta 4,0 mS/cm. La conductividad se puede medir mediante equipo estándar, por ejemplo un instrumento WTW LF 539 suministrado por Christian Berner. Además, en este caso, la demanda catiónica de la suspensión celulósica a la que se añaden el uno o más adyuvantes de drenaje y retención que comprenden el sol de sílice es normalmente inferior a 0,75 mEq./l, o inferior a 0,5 mEq./l. La demanda catiónica se puede medir mediante un detector de carga de partículas Mütek suministrado por BTG.
El pH de la suspensión celulósica puede ser de 3 a 10, convenientemente al menos 3,5 y preferiblemente de 4 a 9.
Ejemplos
La invención se ilustra adicionalmente en los ejemplos siguientes que, sin embargo, no pretenden limitarla. Partes y % se refieren a partes en peso y % en peso, respectivamente, y todas las suspensiones son acuosas, a menos que se indique de otro modo.
Ejemplo 1
Este ejemplo ilustra la preparación de un sol de sílice según la invención:
La disolución acuosa de silicato sódico con una relación molar de SiO2:Na2O de 3,5:1 y un contenido de SiO2 de 5,0% en peso se intercambió iónicamente para formar un sol de sílice ácido bombeándolo a través de una columna rellena con resina catiónica de intercambio iónico Amberlite IR-120 (disponible en Rohm & Haas) que se había regenerado con ácido sulfúrico y de acuerdo con las instrucciones del fabricante.
A 3000 g del sol ácido obtenido con un contenido de SO2 de 5,0% en peso se añadió disolución acuosa de silicato sódico, con una relación molar de SiO2:M2O de aproximadamente 3,4:1 y un contenido de sílice de 5,0% en peso, con agitación hasta que la mezcla obtenida alcanzó un pH de 7,7, tras lo cual la adición de disolución acuosa de silicato sódico se detuvo temporalmente durante un periodo de tiempo de 1974 segundos, y después la adición de disolución acuosa de silicato sódico se reanudó hasta que se formó un sol alcalinizado que tenía un pH de 9,8 y una relación molar de SiO2:Na2O de 20:1.
El sol alcalinizado se concentró mediante ultrafiltración hasta un contenido de SO2 de 12,2% en peso y después se añadió más disolución acuosa de silicato sódico con una relación molar de SiO2:M2O de 3,4:1 y un contenido de SiO2 de 24,2% en peso para formar un sol de sílice completamente alcalinizado que tenía una relación molar de SiO2:M2O de aproximadamente 12. Se añadió después agua desionizada para lograr un contenido final de SO2 de aproximadamente 12% en peso.
El sol obtenido de partículas de sílice, denominado Ej. 1, tenía un contenido de SO 2 de 12,1% en peso, pH de 11,0, relación molar SiO2:Na2O de 12,5, concentración de sílice soluble de 5200 mg de SiO2/l, un valor S de 35% y contenía partículas de sílice con una superficie específica de 870 m2/g.
Ejemplo 2
Este ejemplo ilustra la preparación de otro sol de sílice según la invención:
Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1, excepto que la disolución acuosa de silicato sódico se añadió al sol ácido con agitación hasta que la mezcla obtenida alcanzó un pH de 7,6, tras lo cual la adición de disolución acuosa de silicato sódico se detuvo temporalmente durante un periodo de tiempo de 4920 segundos, y después se reanudó la adición de disolución acuosa de silicato sódico.
El sol obtenido de partículas de sílice, denominado Ej. 2, tenía un contenido de SiO2 de 12,1% en peso, pH de 11,0, relación molar SiO2:Na2O de 12,5, concentración de sílice soluble de 5400 mg de SiO2/l, un valor S de 33% y contenía partículas de sílice con una superficie específica de 870 m2/g.
Ejemplo 3
Este ejemplo ilustra la preparación de un sol de sílice según la invención:
Se intercambió iónicamente disolución de silicato sódico, con una relación molar de SiO2:M2O de 3,4:1 y un contenido de SiO2 de 5,5%, para formar un sol de sílice ácido bombeándola a través de una columna rellena con resina de intercambio catiónico fuertemente ácida Lewatit MDS 1368 que se había regenerado con ácido clorhídrico según las instrucciones del fabricante.
A 2000 g del sol ácido obtenido con un contenido de SiO2 de 5,0% en peso se añadió disolución acuosa de silicato sódico, con una relación molar de SiO2:M2O de 3,4:1 y un contenido de sílice de 5,0%, con agitación hasta que la mezcla obtenida alcanzó un pH de 7,5, tras lo cual la adición de disolución de silicato sódico se detuvo temporalmente durante un periodo de tiempo de 3290 segundos, y después la adición de disolución de silicato sódico se reanudó hasta que se formó un sol alcalinizado que tenía un pH de 9,6.
El sol alcalinizado se concentró mediante ultrafiltración hasta un contenido de SiO2 de 12%. La disolución de silicato sódico que tenía una relación molar de SiO2:M2O de 3,4:1 y un contenido de SiO2 de 25,2% se diluyó con agua desionizada y se añadió con agitación para formar un sol de sílice completamente alcalinizado que tenía una relación molar de SiO2:M2O de aproximadamente 12:1.
El sol obtenido de partículas de sílice, denominado Ej. 3, tenía un contenido de SiO2 de 11,5%, pH de 11,0, relación molar SiO2:Na2O de 12:1, concentración de sílice soluble de 3700 mg de SiO2/l, un valor de S de 36% y contenía partículas de sílice con una superficie específica de 910 m2/g.
Ejemplo 4
Este ejemplo ilustra la preparación de un sol de sílice según la invención:
Se repitió el procedimiento del Ejemplo 3, excepto que la disolución de silicato sódico se añadió al sol ácido con agitación hasta que la mezcla obtenida alcanzó un pH de 6,8, tras lo cual la adición de disolución de silicato sódico se detuvo temporalmente durante un periodo de tiempo de 340 segundos, y después se reanudó la adición de disolución de silicato sódico.
El sol obtenido de partículas de sílice, denominado Ej. 4, tenía un contenido de SiO2 de 11,8%, pH de 11,0, relación molar SiO2:Na2O de 12:1, concentración de sílice soluble de 3300 mg de SiO2/l, un valor de S de 35% y contenía partículas de sílice con una superficie específica de 910 m2/g.
Ejemplo 5
Este ejemplo ilustra la preparación de un sol de sílice según la invención:
Se produjo un sol de sílice ácido según el procedimiento del Ejemplo 3. A 2000 g del sol ácido con un contenido de SiO2 de 5,21% se añadieron 70 g de disolución acuosa de silicato sódico con una relación molar de SiO2:Na2O de 3,4:1 y un contenido de SiO2 de 5,0% con agitación, tras lo cual la adición de disolución de silicato sódico se detuvo temporalmente durante un periodo de tiempo de 310 segundos, y después se reanudó la adición de otros 351 g de la disolución de silicato sódico hasta que se formó un sol alcalinizado que tenía un pH de 9,6. Al sol alcalinizado se añadieron 43,9 g de disolución de aluminato sódico con un contenido de AhO3 de 2,43% y un contenido de Na2O de 1,84% con agitación para formar un sol aluminizado.
El sol aluminizado se concentró por ultrafiltración a un contenido de SiO2 de 13,1%. A 798 g del sol obtenido se añadieron 56,5 g de disolución de silicato sódico que tenía una relación molar de SiO2:Na2O de 3,4 y un contenido de SiO2 de 25,2% y con agitación para formar un sol de sílice alcalinizado.
El sol obtenido de partículas de sílice, denominado Ej. 5, tenía un contenido de SiO2 de 12,5%, pH de 10,9, relación molar SiO2:Na2O de 11,8:1, relación molar de Si:Al de 76:1, concentración de sílice soluble de 5900 mg de SiO2/l, un valor de S de 28% y contenía partículas de sílice con una superficie específica de 930 m2/g.
Ejemplo 6
Este ejemplo ilustra la preparación de un sol de sílice según la invención:
Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1, excepto que se realizaron pequeñas modificaciones al pH y periodo de tiempo durante la interrupción temporal de la adición de disolución acuosa de silicato sódico en la etapa de alcalinización, y a la adición adicional de disolución acuosa de silicato sódico y agua al sol de sílice alcalinizado. El sol obtenido de partículas de sílice, denominado Ej. 6, tenía un contenido de SiO2 de 12,2%, pH de 11,0, relación molar SiO2:Na2O de 12,6:1, concentración de sílice soluble de 4900 mg de SiO2/l, un valor de S de 38% y contenía partículas de sílice con una superficie específica de 920 m2/g.
Ejemplo 7
Este ejemplo ilustra la preparación de un sol de sílice de la técnica anterior utilizado para comparación:
Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1, excepto que la disolución acuosa de silicato sódico se añadió continuamente al sol ácido con agitación, es decir, sin interrupción temporal de la adición en el intervalo de pH de 5 a 8, hasta que se formó un sol alcalinizado que tenía un pH de 9,9 y una relación molar SiO2:Na2O de 20:1.
El sol obtenido de partículas de sílice, denominado Ref. 1, tenía un contenido de SiO2 de 11,0% en peso, pH de 11,1, relación molar SiO2:Na2O de 11,7, concentración de sílice soluble de 6900 mg de SiO2/l, un valor de S de 47% y contenía partículas de sílice con una superficie específica de 900 m2/g.
Ejemplo 8
Se preparó un sol de sílice según la descripción general de la patente de EE.UU. No. 5.368.833. El sol obtenido de partículas de sílice, denominado Ref. 2, tenía un contenido de SiO2 de 7,7% en peso, pH de 9,6, relación molar SiO2:Na2O de 31, relación molar Si:Al de 44, concentración de sílice soluble de 1800 mg de SiO2/l, un valor de S de 29% y contenía partículas de sílice con una superficie específica de 750 m2/g.
Ejemplo 9
Se preparó un sol de sílice según la descripción general del documento WO 00/66491. El sol de sílice obtenido, denominado Ref. 3, tenía un contenido de SiO2 de 14,8% en peso, pH de 10,8, relación molar SiO2:Na2O de 20:1, concentración de sílice soluble de 2100 mg de SO /l, y un valor de S de 36%, y contenía partículas de sílice con una superficie específica de 740 m2/g.
Ejemplo 10
Se preparó un sol de sílice según el procedimiento del Ejemplo 4 del documento WO 00/66491. El sol obtenido de partículas de sílice, denominado Ref. 4, tenía una concentración de sílice soluble de 1700 mg de SO /l.
Ejemplo 11
Se preparó un sol de sílice según el procedimiento del Ejemplo 1 del documento US 2005/228057 A1. El sol obtenido de partículas de sílice, denominado Ref. 5, tenía una relación molar Si:Al de 26,2:1, y una concentración de sílice soluble de 1700 mg de SO /l.
Ejemplo 12
Se preparó un sol de sílice según el procedimiento del Ejemplo 4 del documento US 2005/228057 A1. El sol obtenido de partículas de sílice, denominado Ref. 6, tenía una relación molar Si:Al de 30,2:1, una concentración de sílice soluble de 2600 mg de SO /l.
Ejemplo 13
Se preparó un sol de sílice según la descripción general del documento WO 2008/150230. El sol de sílice obtenido, denominado Ref. 7, tenía un contenido de SiO2 de 6,4%, pH de 8,3, relación molar SiO2:Na2O de 16,9:1, relación molar Si:Al de 8,5:1, concentración de sílice soluble de 2700 mg de SiO2/l, un valor de S de 12% y contenía partículas de sílice con una superficie específica de 1060 m2/g.
Ejemplo 14
Se evaluó el rendimiento de retención mediante un recipiente de drenaje dinámico Britt. La suspensión celulósica usada se basó en una mezcla de 30% en peso de sulfato de abedul blanqueado, 30% en peso de sulfato de pino blanqueado y 40% en peso de carbonato cálcico molido. El volumen de stock fue 500 ml, consistencia de 0,45% y pH aproximadamente 8,4. La conductividad del stock se ajustó a 1,48 mS/cm mediante adición de 0,1 g/l de cloruro cálcico y 1,8 g/l de sulfato sódico.
En las pruebas, se usaron soles de sílice (SO2) junto con un policloruro de aluminio (PAC), almidón catiónico (CS) con un grado de sustitución catiónica de 0,042, poliacrilamida catiónica (CPAM) que es un copolímero de acrilamida (90% en moles) y de sal cuaternaria de acrilato de dimetilaminoetilo con cloruro de metilo (DMAEA-MCQ) (10% en moles) y que tiene un peso molecular medio ponderado de aproximadamente 10 millones de Dalton.
La suspensión celulósica se agitó en un recipiente con deflexión a una velocidad constante de 1200 rpm a lo largo de la prueba y las condiciones químicas se realizaron como sigue:
- adición de PAC a la suspensión celulósica 40 segundos antes de la deshidratación,
- adición de CS a la suspensión celulósica 35 segundos antes de la deshidratación,
- adición de CPAM a la suspensión celulósica 20 segundos antes de la deshidratación,
- adición de SiO2 a la suspensión celulósica 10 segundos antes de la deshidratación, y
- deshidratación de la suspensión celulósica y después medida de la turbidez del filtrado diluido 15 veces con agua desionizada.
El rendimiento de retención de los soles de sílice se muestra en la Tabla 1, en la que los niveles de adición se calculan como producto seco en suministro seco.
Tabla 1
Figure imgf000010_0001
Como es evidente en la Tabla 1, el sol de sílice según la invención, Ej. 1, mostró un rendimiento de retención significativamente mejor que los soles de sílice usados para comparación, Ref. 1, Ref. 2, y Ref. 3.
Ejemplo 15
Se evaluó el rendimiento de drenaje mediante un analizador de drenaje dinámico (DDA), disponible en PulpEye AB, Suecia, que mide el tiempo para drenar un volumen determinado de stock. El stock se agitó en un recipiente con deflexión a una velocidad de 1500 rpm a lo largo de la prueba mientras se realizaban adiciones de sustancias químicas. Se drenó un volumen de stock de 800 ml a través de una tela metálica al separar un tapón y aplicar vacío en el lado de la tela metálica opuesto al lado en que estaba presente el stock. El rendimiento de drenaje se describe como tiempo (s) de deshidratación.
El stock usado en este ejemplo se basó en un suministro que contenía 60% de pasta química, que consistía en 80% de madera dura y 20% de madera blanda, y 40% de carga, carbonato cálcico precipitado (PCC). Se añadieron sales para aumentar la conductividad a aproximadamente 1,5 mS/cm, el pH fue aproximadamente 8,4 y la consistencia de la pasta fue aproximadamente 5,4 g/l.
En las pruebas se usaron los aditivos químicos del Ejemplo 14, excepto que no se usó CPAM. La suspensión celulósica se agitó en un recipiente con deflexión y las adiciones químicas se realizaron como sigue:
- adición de PAC a la suspensión celulósica 43 segundos antes de la deshidratación,
- adición de CS a la suspensión celulósica 35 segundos antes de la deshidratación,
- adición de SiO2 a la suspensión celulósica 10 segundos antes de la deshidratación, y
- deshidratación de la suspensión celulósica mientras se registra automáticamente el tiempo de deshidratación. La Tabla 2 muestra el rendimiento de drenaje de los soles de sílice, en los que los niveles de adición se calculan como producto seco en suministro seco:
Tabla 2
Figure imgf000011_0001
Como es evidente en la Tabla 2, los soles de sílice según la invención, Ej. 3 y Ej. 4, mostraron un rendimiento de drenaje significativamente mejor que los soles de sílice usados para comparación, Ref. 4, Ref. 5 y Ref. 6.
Ejemplo 16
Se evaluó el rendimiento de drenaje según el procedimiento del Ejemplo 15 usando diferentes soles de sílice. El stock usado en este ejemplo se basó en un suministro que contenía aproximadamente 60% de pasta química, que consistía en aproximadamente 80% de madera dura y aproximadamente 20% de madera blanda, y aproximadamente 40% de carga, carbonato cálcico precipitado (PCC). Se añadieron sales para aumentar la conductividad a aproximadamente 1,5 mS/cm, el pH fue aproximadamente 8,3 y la consistencia de la pasta fue aproximadamente 5,4 g/l.
La Tabla 3 muestra el rendimiento de drenaje de los soles de sílice, en los que los niveles de adición se calculan como producto seco en suministro seco:
Tabla 3
Figure imgf000012_0001
Como es evidente en la Tabla 3, el sol de sílice que contenía partículas de sílice modificadas con aluminio según la invención, Ej. 5, mostró mejor rendimiento de drenaje que los soles de sílice que contenían partículas de sílice modificadas con aluminio usados para comparación, Ref. 5, Ref. 6 y Ref. 7. También el sol de sílice del Ej. 6 según la invención mostró mejor rendimiento de drenaje que los soles de sílice usados para comparación.

Claims (19)

REIVINDICACIONES
1. Un sol de sílice que tiene un pH superior a 10, una relación molar de SiO2:M2O, en la que M es metal alcalino, de 6:1 a 16:1, una concentración de sílice soluble superior a 3000 mg de SiO2/l, y un valor de S de 18 a 40%.
2. El sol de sílice según la reivindicación 1, en donde el sol comprende Al, preferiblemente el sol contiene partículas de sílice que están modificadas con aluminio.
3. El sol de sílice según la reivindicación 1 ó 2, en donde el sol tiene una relación molar de Si:Al de 25:1 a 250:1, preferiblemente de 50:1 a 200:1.
4. El sol de sílice según la reivindicación 1, en donde el sol contiene partículas de sílice que están esencialmente libres de aluminio, preferiblemente el sol de sílice tiene una relación molar de Si:Al de al menos 400:1, preferiblemente al menos 500:1.
5. El sol de sílice según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el sol contiene partículas de sílice que tienen una superficie específica de al menos 500 m2/g, preferiblemente de 750 a 1300 m2/g.
6. El sol de sílice según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el sol tiene un contenido de sílice de 3 a 20% en peso, preferiblemente de 5 a 15% en peso.
7. El sol de sílice según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el sol tiene un pH de 10,5 a 11,5.
8. El sol de sílice según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el sol tiene un valor de S de al menos 20%, preferiblemente de 26 a 38%, más preferiblemente de 30 a 35%.
9. El sol de sílice según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el sol tiene una relación molar de SiO2:M2O, en la que M es metal alcalino, de 8:1 a 15:1, preferiblemente de 10:1 a 14:1, y preferiblemente M es sodio.
10. Sol de sílice según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el sol tiene una concentración de sílice soluble de al menos 3500 mg de SiO2/l, preferiblemente de 4000 a 12000 mg de SiO2/l, lo más preferiblemente de 4500 a 6000 mg de SiO2/l.
11. El sol de sílice según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el sol tiene una conductividad de al menos 4,0 mS/cm, preferiblemente de 6,0 a 10,0 mS/cm.
12. Un procedimiento para producir un sol de sílice que comprende:
(a) acidificar una disolución acuosa de silicato de metal alcalino a un pH de 1 a 4 para formar un sol ácido, preferiblemente se usa un intercambiador catiónico ácido para acidificar la disolución acuosa de silicato de metal alcalino,
(b) alcalinizar el sol ácido mediante adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino para obtener un sol intermedio e interrumpir la adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino cuando el sol intermedio ha alcanzado un pH de 5 a 8, preferiblemente un pH de 6 a 8,
(c) agitar el sol intermedio durante un periodo de tiempo de 10 a 6000 segundos sin adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino, preferiblemente de 60 a 5000 segundos, preferiblemente para obtener agregación de partículas y/o formación de microgeles, y
(d) alcalinizar el sol intermedio mediante adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino para obtener un sol de sílice que tiene un pH superior a 10 y una relación molar de SiO2:M2O, en la que M es metal alcalino, de 6:1 a 16:1, preferiblemente el pH es de 10,5 a 11,5 y la relación molar de SiO2:M2O es de 10:1 a 14:1, y preferiblemente M es sodio,
(e) opcionalmente, añadir un compuesto de aluminio al sol ácido, sol intermedio o sol de sílice.
13. El procedimiento según la reivindicación 12, en donde el procedimiento comprende añadir un compuesto de aluminio al sol ácido, sol intermedio o sol de sílice, preferiblemente el compuesto de aluminio se añade al sol intermedio sometido a agitación sin adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino o mientras se alcaliniza el sol intermedio y durante la adición de disolución acuosa de silicato de metal alcalino.
14. El procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, en donde el compuesto de aluminio se añade en una cantidad para obtener un sol de sílice que tiene una relación molar de Si:Al de 25:1 a 250:1, preferiblemente de 50:1 a 200:1.
15. El uso de sol de sílice según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 como agente floculante, preferiblemente en la purificación de agua y en la producción de papel y cartón, más preferiblemente como adyuvante de drenaje y retención en la producción de papel y cartón.
16. Un procedimiento para producir papel y cartón que comprende:
(i) proporcionar una suspensión acuosa que comprende fibras celulósicas;
(ii) añadir a la suspensión uno o más adyuvantes de drenaje y retención que comprenden un sol de sílice según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, y
(iii) deshidratar la suspensión obtenida para proporcionar una hoja o banda de papel o cartón o cartón.
17. El procedimiento según la reivindicación 16, en donde dichos uno o más adyuvantes de drenaje y retención comprenden un polímero catiónico, preferiblemente almidón catiónico y/o un polímero sintético catiónico, preferiblemente poliacrilamida catiónica.
18. El procedimiento según la reivindicación 16 ó 17, en donde dichos uno o más adyuvantes de drenaje y retención comprenden un polímero aniónico, preferiblemente poliacrilamida aniónica.
19. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, que además comprende añadir a la suspensión un compuesto de aluminio, preferiblemente alumbre o policloruro de aluminio.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI125712B (en) * 2012-11-13 2016-01-15 Kemira Oyj Paper-making material and its use
CN105819455B (zh) * 2016-03-31 2017-08-25 上海理工大学 一种介孔硅胶纳米颗粒的制备方法及其应用
CN112041267B (zh) * 2018-03-02 2024-04-09 诺力昂化学品国际有限公司 电荷反转型硅溶胶
JP7424867B2 (ja) 2019-03-12 2024-01-30 東曹産業株式会社 珪酸塩系水溶液
CN114735713B (zh) * 2022-03-02 2024-03-29 福建同晟新材料科技股份公司 一种造纸添加剂用合成二氧化硅的制备工艺

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE432951B (sv) 1980-05-28 1984-04-30 Eka Ab Pappersprodukt innehallande cellulosafibrer och ett bindemedelssystem som omfattar kolloidal kiselsyra och katjonisk sterkelse samt forfarande for framstellning av pappersprodukten
SE8403062L (sv) 1984-06-07 1985-12-08 Eka Ab Forfarande vid papperstillverkning
SE451739B (sv) 1985-04-03 1987-10-26 Eka Nobel Ab Papperstillverkningsforfarande och pappersprodukt varvid som avvattnings- och retentionsforbettrande kemikalie anvends katjonisk polyakrylamid och en speciell oorganisk kolloid
US5176891A (en) 1988-01-13 1993-01-05 Eka Chemicals, Inc. Polyaluminosilicate process
CN1022099C (zh) 1988-03-16 1993-09-15 日产化学工业株式会社 细长形状硅水溶胶制造方法
SE461156B (sv) 1988-05-25 1990-01-15 Eka Nobel Ab Saett foer framstaellning av papper varvid formning och avvattning aeger rum i naervaro av en aluminiumfoerening, ett katjoniskt retentionsmedel och en polymer kiselsyra
SE500387C2 (sv) 1989-11-09 1994-06-13 Eka Nobel Ab Silikasoler, förfarande för framställning av silikasoler samt användning av solerna i pappersframställning
SE500367C2 (sv) 1989-11-09 1994-06-13 Eka Nobel Ab Silikasoler och förfarande för framställning av papper
SE501214C2 (sv) 1992-08-31 1994-12-12 Eka Nobel Ab Silikasol samt förfarande för framställning av papper under användande av solen
FI98937C (fi) 1992-10-19 1997-09-10 Ahlstrom Machinery Oy Menetelmä ja laite lämmön talteenottamiseksi jäteliemen talteenottokattilassa
SE502464C2 (sv) 1994-02-28 1995-10-23 Eka Nobel Ab Silikabaserade soler, framställning och användning av solerna
US5707494A (en) 1994-03-14 1998-01-13 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for preparing water soluble polyaluminosilicates
RU2201395C2 (ru) 1997-06-09 2003-03-27 Акцо Нобель Н.В. Полисиликатные микрогели
CO5070714A1 (es) 1998-03-06 2001-08-28 Nalco Chemical Co Proceso para la preparacion de silice coloidal estable
US6132625A (en) 1998-05-28 2000-10-17 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method for treatment of aqueous streams comprising biosolids
US6632489B1 (en) 1998-09-10 2003-10-14 Nissan Chemical Industries, Ltd. Moniliform silica sol, process for producing the same, and ink-jet recording medium
PL201407B1 (pl) * 1999-05-04 2009-04-30 Akzo Nobel Nv Zol wodny zawierający cząsteczki na bazie krzemionki, zastosowanie zolu wodnego zawierającego cząsteczki na bazie krzemionki i sposób wytwarzania papieru
CN1281490C (zh) 1999-06-02 2006-10-25 纳尔科化学公司 具有高表面积和改良活性的稳定硅溶胶
DE19951781A1 (de) 1999-10-27 2001-05-03 Sued Chemie Ag Verfahren zur Herstellung von synthetischen Zeolithen mit MFI-Struktur
AU767369C (en) 1999-12-20 2004-09-02 Akzo Nobel N.V. Silica-based sols
CA2471714A1 (en) 2001-12-25 2003-07-10 Asahi Kasei Chemicals Corporation Inorganic porous fine particles
US7629392B2 (en) 2004-04-07 2009-12-08 Akzo Nobel N.V. Silica-based sols and their production and use
NZ549594A (en) 2004-04-07 2010-02-26 Akzo Nobel Nv Silica-based sols and their production and use
AR066831A1 (es) * 2007-06-07 2009-09-16 Akzo Nobel Nv Soles a base de silice
AR072689A1 (es) 2008-07-14 2010-09-15 Akzo Nobel Nv Soles basados en silice metodo para producirlos uso y metodo para producir papel que los utiliza
US9222060B2 (en) * 2009-03-27 2015-12-29 Australian Nuclear Science And Technology Organisation Triggered release

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Publication number Publication date
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