PT1114105E - Produto à base de carbonato de cálcio precipitado com brilho melhorado e processo para a sua preparação - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "PRODUTO À BASE DE CARBONATO DE CÁLCIO PRECIPITADO COM BRILHO MELHORADO E PROCESSO PARA A SUA PREPARAÇÃO"

Campo Técnico

Esta invenção refere-se a um produto à base de carbonato de cálcio com brilho melhorado e, mais particularmente, a um produto precipitado à base de carbonato de cálcio de qualidade para revestimento que tem um tamanho médio das partículas inferior a 1,0 microns (ym) e um brilho TAPPI de, pelo menos, 97 e um valor do declive 75/25 inferior a 2,0. A invenção também se refere com uma composição de papel incluindo o referido produto à base de carbonato de cálcio. Técnica Anterior O carbonato de cálcio, CaCC>3, ocorre naturalmente na forma de calcário, mármore, giz e coral. O carbonato de cálcio em pó é produzido por métodos químicos ou pelo tratamento mecânico dos materiais naturais. O termo carbonato de cálcio precipitado aplica-se aos tipos comerciais do composto produzido quimicamente num processo de precipitação. Os produtos precipitados são geralmente mais finos quanto ao tamanho das partículas, têm uma distribuição de tamanhos das partículas mais uniforme e um maior grau de pureza química. Pode ser produzida quimicamente uma grande variedade de tamanhos de partículas e de formas de partículas de carbonato de cálcio através do processo de precipitação. O carbonato de cálcio é vulgarmente precipitado 1 na forma de calcite, em que os cristais são, tipicamente, romboédricos, cúbicos ou escalenoédricos quanto à forma, ou na forma de aragonite, que é acicular. A vaterite é outra forma precipitada de carbonato de cálcio conhecida na técnica que é metastável. 0 carbonato de cálcio precipitado é uma carga e pigmento extremamente versátil que é utilizado numa grande variedade de produtos fabricados incluindo papel, tinta, plásticos, borracha, têxteis e tintas de impressão. 0 carbonato de cálcio precipitado (PCC) é utilizado em larga escala em aplicações de enchimento e revestimento de papel. 0 PCC é utilizado para aumentar a opacidade e brilho de papel. Para além das caracteristicas de opacidade e brilho desejáveis, o PCC confere uma elevada resistência ao amarelecimento e envelhecimento do papel. Em muitas aplicações de revestimento de alta qualidade, é requerido um carbonato de cálcio com tamanho de partículas fino (tamanho médio das partículas <2 microns). É tipicamente desejável que o carbonato de cálcio seja tão brilhante quanto possível nestas aplicações de revestimento de alta qualidade. Contudo, é difícil remover as impurezas coradas escuras finas que são introduzidas pela fonte de cal apagada inicial, que é vulgarmente utilizada como a matéria-prima no processo de precipitação do PCC. Essas impurezas têm um impacto negativo nas propriedades de brilho e tonalidade dos produtos de reacção do PCC resultante após processamento. Mais particularmente, a moagem de meios húmidos é um passo corrente no processamento de PCC de qualidade para revestimento. Verificou-se que a moagem de meios húmidos de carbonato de cálcio precipitado geralmente resulta em perdas significativas do brilho do pigmento devido à moagem das impurezas de cor escura aí presentes. Quimicamente, uma cal apagada é principalmente CaO, mas exemplos das impurezas vulgarmente encontradas na fonte de cal apagada incluem pirite 2 (sulfureto de ferro), óxidos de magnésio e ferro, óxidos de cálcio e ferro, sulfureto de cálcio e silicas cristalinas. À medida que o tamanho das partículas das impurezas em partículas escuras é reduzido por moagem, o seu poder corante aumenta de forma dramática, daí resultando perdas significativas em brilho global do produto. A perda de brilho do pigmento de PCC por trituração pode ser da ordem de 1,5 a 2,5 pontos dependendo da fonte de cal apagada inicial e do grau de trituração.

Gill et al., (Nordic Pulp and Paper Research Journal, vol. 4, N° 2, 1989, p. 120-127) refere-se ao estudo do desempenho óptico de vários carbonatos precipitados com diferentes características físicas e descreve partículas de carbonato de cálcio precipitado com tamanho médio das partículas de 1,05 ym, declive de distribuição das partículas de 1,29 e um brilho a seco de 97,4.

Até agora, para se obter um produto à base de PCC de alta qualidade com um brilho aceitável, o material de partida CaO que é utilizado tem de ter uma qualidade elevada, i. e., baixos níveis de impurezas. Se não estiver facilmente acessível uma fonte de cal apagada de alta qualidade, são adicionados custos logísticos significativos, cerca de 10%, ao custo do produto de PCC. Consequentemente, o produto de PCC resultante é relativamente dispendioso.

Descrição da Invenção A presente invenção é concebida para ultrapassar as deficiências discutidas acima. É um objectivo da invenção proporcionar um produto precipitado à base de carbonato de cálcio de alta qualidade que tem um tamanho médio das partículas 3 inferior a 1,0 micron, um brilho TAPPI superior a 97 e um valor do declive 75/25 inferior a 2,0.

Um método de preparação de um produto de acordo com a invenção inclui proporcionar uma fonte de matéria-prima contendo cálcio que contém impurezas descorantes. A fonte de matéria-prima é uma nata de cal (produzida do caldeamento de CaO) ou uma suspensão aquosa de produto de carbonato de cálcio. Num modo da invenção, uma nata de cal é submetida a separação magnética utilizando um campo magnético de gradiente elevado, de modo a remover as impurezas de cor indesejada. Depois desta purificação, a nata de cal é, então, carbonatada num reactor para dar um produto à base de PCC resultante de alto brilho. As natas de cal também são vulgarmente referidas na literatura como leite de cal (MOL). Mais vulgarmente, contudo, a fonte de matéria-prima contendo cálcio preferida é um produto de reactor de PCC fornecido em forma de suspensão a partir de um reactor de carbonatação. Em seguida, a suspensão de PCC é submetida a crivagem fina através de um crivo com malha 325 (45 pm) de forma a dar uma suspensão de carbonato de cálcio de qualidade para enchimento. A suspensão de carbonato de cálcio de qualidade de enchimento é moida, por via húmida, de forma a reduzir o tamanho médio das partículas do carbonato de cálcio a menos de 2 microns e liberta, assim, as impurezas de cor indesejada que nele estavam inclusas. As impurezas de cor indesejada são, então, separadas magneticamente da suspensão de carbonato de cálcio desaglomerado, submetendo a suspensão a um campo magnético de alta intensidade. Depois do passo de separação magnética, pode remover-se a água da suspensão purificada, para dar um pó seco; ou alternativamente, a suspensão de PCC pode ser conservada em forma aquosa e concentrada consoante desejado. Em qualquer caso, o produto à base de carbonato de cálcio resultante tem um tamanho médio das partículas inferior a 1,0 micron, um brilho 4 TAPPI superior a 97 e um valor do declive 75/25 inferior a 1,0.

Breve Descrição dos Desenhos A FIG. 1 é uma representação gráfica que mostra o efeito da crivagem do leite de cal (MOL) sobre o brilho dos produtos de PCC resultantes, de qualidade para enchimento e de qualidade para revestimento produzidos a partir dele, e A FIG. 2 é uma representação gráfica que mostra o impacto do aumento de tempo de residência no magnete do MOL sobre o brilho do PCC de qualidade para enchimento e de qualidade para revestimento produzidos a partir dele.

MELHOR FORMA DE REALIZAÇAO DA INVENÇÃO

De acordo com o sumário anterior, a presente invenção refere-se a produtos à base de carbonato de cálcio precipitados de alta qualidade tendo um tamanho médio das partículas inferior a 1 micron, um brilho TAPPI superior a 97 e um valor do declive 75/25 inferior a 2,0. Os produtos precipitados à base de carbonato de cálcio da presente invenção são obtidos através de uma combinação de separação magnética e crivagem fina. Mais especificamente, o processo inclui proporcionar uma fonte de matéria-prima contendo cálcio para separação magnética que contém impurezas de cor indesejada. A fonte de matéria-prima de cálcio utilizada para a produção de produtos de PCC é tipicamente cal apagada (CaO). A cal apagada também é vulgarmente designada como cal viva ou calcário calcinado. As partículas de cor indesejada da cal apagada parecem consistir, principalmente, em óxido de cálcio e ferro que é provavelmente 5 produzido durante a calcinação a alta temperatura de calcário natural como um resultado da presença de impurezas piriticas. Outras fontes de matéria-prima para calcinação em cal apagada incluem: giz, coral e mármore. A fonte de matéria-prima CaO pode ser purificada por separação magnética depois de ser caldeada a uma suspensão de leite de cal. A suspensão de leite de cal purificada é, então, subsequentemente utilizada para produzir um produto de PCC de alta qualidade com alto brilho. Adicionalmente, a fonte de matéria-prima inicial contendo cálcio para separação magnética pode ser um carbonato de cálcio precipitado, tal como descrito mais completamente abaixo.

Quando a fonte de matéria-prima inicial contendo cálcio para separação magnética é um carbonato de cálcio precipitado, o processo inventivo total inclui o passo de adição de cal apagada a um caldeador, onde o CaO é hidratado para dar leite de cal (também conhecido como hidróxido de cálcio ou Ca(OH)2). A suspensão de leite de cal é, de um modo preferido, hidratada até cerca de 20% em peso de sólidos, contudo a hidratação pode decorrer até várias gamas de percentagem de sólidos. O leite de cal é, então, submetido a crivagem grossa por um crivo entre cerca de 140 a cerca de 50 mesh, e de um modo mais preferido, através de um crivo de 100 mesh. No método preferido, o Ca(OH)2 é, depois, submetido a crivagem fina através de um crivo de cerca de 200 mesh a cerca de 500 mesh e, de um modo ainda mais preferido, através de um crivo de 325 mesh para remover areia e outra matéria escura em partículas. Deve notar-se que o passo de crivagem fina pode ter lugar noutras fases do processo da invenção tal como melhor explicado adiante. A % de sólidos da suspensão de Ca(OH)2 submetida a crivagem fina é, então, de um modo preferido, reduzida para cerca de 12 a 15% em peso. Em seguida, a suspensão de hidróxido de cálcio é introduzida num reactor de PCC onde é carbonatada, para dar uma suspensão de 6 carbonato de cálcio precipitado. 0 produto que sai do reactor de PCC é aqui referido como suspensão de carbonato de cálcio precipitado de qualidade para enchimento. Deve notar-se que a suspensão de PCC de qualidade para enchimento pode ser submetida a crivagem fina depois de sair do reactor de PCC. Esta suspensão de carbonato de cálcio precipitado de qualidade para enchimento, após dispersão com um dispersante aniónico para reduzir a sua viscosidade, pode servir como fonte de matéria-prima de cálcio para separação magnética. A suspensão de carbonato de cálcio precipitado de qualidade para enchimento produzida no reactor de PCC tem tipicamente, cerca de 15 a cerca de 20% de sólidos. Num método preferido, esta suspensão de PCC é decantada para dar um PCC de qualidade para enchimento contendo cerca de 50% em peso de sólidos. A decantação é, de um modo preferido, realizada por meio de remoção mecânica da água com uma centrífuga. Alternativamente, o produto de PCC pode ser filtrado por meio de uma filtro de prensa ou dispositivos de filtração semelhantes. Em seguida, o PCC de qualidade para enchimento é colocado num misturador de alta velocidade de um tipo conhecido na técnica e disperso formando uma suspensão de baixa viscosidade, de um modo preferido, com um dispersante aniónico, tal como um poliacrilato de sódio (NaPA). O dispersante é adicionado nesta altura para melhorar a distribuição dos sólidos no seio dos líquidos e permitir uma trituração por via húmida subsequente eficiente. O dispersante é adicionado numa quantidade suficiente para reduzir e manter a viscosidade Brookfield da suspensão a menos de cerca de 100 cps (a 20 rpm) . Faz-se notar que por trituração por via húmida, a viscosidade da suspensão vai aumentar.

Depois de o dispersante ser adicionado à suspensão e ser obtida uma boa distribuição, a mistura, que tem, de um modo 7 preferido, cerca de 50% em peso de sólidos é, depois, transferida para um moinho de trituração de meios húmidos. Um moinho de trituração por via húmida preferido é um moinho Drais produzido por Draiswerke, Inc., Mahway, N.J. 0 moinho Drais é um moinho de tipo horizontal. Para produzir um produto para revestimento de PCC, a suspensão de PCC de qualidade para enchimento é, então, triturada por via húmida, de forma a desaglomerar o PCC em agregados mais pequenos ou nos seus cristais individuais. Alternativamente, a desaglomeração pode ser feita por utilização de um misturador de alta velocidade, do tipo rotor-estator. A forma romboédrica é a forma de partículas preferida para PCC que é utilizado em aplicações de revestimento de alta qualidade. Deve notar-se que o processo da invenção aqui apresentado também pode ser aplicado para obter outros produtos à base de PCC de qualidade para revestimento com tamanho de partículas fino de várias morfologias e estruturas cristalinas.

Verificou-se que quando o tamanho das partículas do PCC moído é reduzido para menos de 2 microns, determinado por um analisador do tamanho das partículas Sedigraph (Modelo 5100, fabricado por Micromeritics Instrument Corp., Norcross, Ga.), o brilho baixa para níveis indesejados. A queda do brilho parece ocorrer como um resultado da trituração de impurezas contendo ferro que tem lugar na fase de moagem dos meios. 0 brilho baixa da ordem dos 1,5 a 2,5 pontos (dependendo da fonte inicial da cal apagada) quando o tamanho das partículas é reduzido para menos de 0,6 microns. Para impedir a queda do brilho, a presente requerente constatou que, submetendo a suspensão de PCC moído a um campo magnético de alta intensidade, as partículas escuras "magnéticas" podem ser separadas e pode obter-se uma suspensão de PCC de qualidade para revestimento de alta qualidade, com pureza elevada. Os factores que afectam a separação magnética incluem a intensidade do campo magnético, a finura da matriz de lã de aço utilizada na caixa do magnete, a % de sólidos da suspensão de PCC, a viscosidade da suspensão e o tempo de residência no separador magnético.

Conseguentemente, o método inclui o passo de passagem da suspensão de PCC, moída por via húmida, através de um separador magnético de alta intensidade, húmido. Um tipo conhecido de separador magnético é um separador de partículas magnéticas de fluxo contínuo do tipo descrito na Patente U.S. N° 3983309 de Allen et al. Um separador magnético preferido é o Separador Magnético de Gradiente Elevado (HGMS) disponível de Erie, Magnetics, Inc., Erie, Pa.; Pacific Electric Motors, Inc. (PEM), Oakland, Calif.; Carpco, Jacksonville, Fia.; e outros. Este separador magnético de alta intensidade é eficaz a separar impurezas finas, com tamanho na gama dos submicrons de natureza paramagnética, bem como de partículas ferromagnéticas mais fortemente magnéticas.

Como observado anteriormente, o passo de separação magnética pode ter lugar em outras fases do processo. Por exemplo, as impurezas de cor indesejada podem ser removidas magneticamente, da suspensão de hidróxido de cálcio, antes da sua carbonatação a carbonato de cálcio precipitado. Além disso, a separação magnética pode ter lugar antes ou imediatamente a seguir à fase em que a suspensão de PCC de qualidade para enchimento é submetida a crivagem fina. Contudo, verificou-se que as vantagens finais obtidas em termos de brilho são mais altas quando a suspensão de PCC moída e dispersa é submetida a separação magnética.

Depois do passo de separação magnética, pode retirar-se a água à suspensão purificada, para dar um pó seco; ou, alternativamente, a suspensão pode ser mantida em forma aquosa e 9 concentrada consoante desejado. 0 passo de remoção da água é, tipicamente, realizado através de um evaporador de modo conhecido na técnica. A suspensão purificada também pode ser submetida a crivagem fina nesta fase. Em qualquer caso, o produto à base de PCC resultante, de um modo preferido, tem um tamanho médio das partículas inferior a cerca de 1 micron e um brilho TAPPI superior a 97. 0 método do brilho TAPPI aqui utilizado é ο T6 4 6 om-8 6 "Brightness of clay and other minerais." 0 brilho é medido utilizando um medidor de brilho

Technibrite Modelo TB-1C disponível de Technidyne Corporation, New Albany, Indiana.

De modo a demonstrar a eficácia do processo, seguem-se vários exemplos ilustrativos e tabelas. Os Exemplos I e II mostram o efeito da separação magnética sobre as características de brilho e tonalidade de amostras de produtos à base de PCC romboédrico, preparadas a partir de cal apagada Bedford e Marbleton, Quebeque, Canadá, aqui referida como PCC Bedford ou PCC Marbleton, respectivamente. As fontes de alimentação de CaO dos Exemplos I e II foram tipos de cal apagada de qualidade para PCC, com um teor de Fe203 inferior a 0,2% e um teor de MnO inferior a 0,007%. É bem conhecido que o teor de ferro e manganês presente na alimentação de cal apagada tem influência directa nos valores do brilho obtidos para o PCC resultante. A cal apagada utilizada nos Exemplos I e II foi hidratada num caldeador e, depois, convertida num produto à base de PCC de qualidade para enchimento do modo descrito acima. O separador magnético utilizado nos Exemplos I e II foi uma unidade com magnete de escala laboratorial, com uma força do campo de 2 Tesla, equipada com uma matriz de lã de aço de fibra ultrafina com 25-30 microns utilizando um tempo de retenção de 4 minutos com 4 caixas. A intensidade do campo do magnete era 20 quilogauss. Os produtos à base de PCC para enchimento ou para 10 revestimento, alimentados ao separador magnético, tinham cerca de 20% de sólidos. Para facilitar uma boa separação magnética, adicionou-se dispersante de poliacrilato de sódio Accumer 9300 disponível de Rohm & Haas, Filadélfia, Pa. à suspensão de "alimentação ao magnete", para reduzir a viscosidade para <50 cps a 20 rpm. EXEMPLO I (Nao forma parte da invenção mas representa estado da técnica, útil para compreensão da invenção)

Foi disponibilizada uma suspensão a 20% de sólidos de PCC Bedford (de qualidade para enchimento). O pigmento à base de PCC tinha um brilho TAPPI de 97,23, um tamanho médio das partículas de 1,23 microns (Sedigraph) e um valor do declive 75/25 de 1,76.

Os valores do "declive 75/25" do tamanho das partículas é aqui uma medida da distribuição do tamanho das partículas de um produto. Quanto mais baixo for o valor do declive 75/25, tanto mais estreita a distribuição dos tamanhos das partículas.

Inversamente, quanto maior o valor do declive 75/25 mais ampla a distribuição dos tamanhos das partículas. O declive 75/25 das partículas é medido como o valor da razão do tamanho das partículas de um pigmento medido em microns no percentil 75 dividido pelo tamanho das partículas medido em microns no percentil 25. Todas as determinações do tamanho de partículas foram feitas com um instrumento do tipo de sedimentação com raios X Micromeritics Sedigraph 5100, que utiliza a lei de Stokes na determinação dos diâmetros das partículas. Assim, um pigmento de revestimento à base de PCC que tem 75% das suas partículas <0,8 microns e 25% das suas partículas <0,4 microns terá, portanto, um valor do declive 75/25 de 0,8/0,4 = 2,0. 11 A suspensão de enchimento de PCC foi então processada de uma das seguintes maneiras: 1) A suspensão de PCC de qualidade para enchimento foi submetida a crivagem até mesh -325 e mesh -500. O produto crivado até mesh -325 tinha um brilho TAPPI de 97, 25 e o produto crivado até mesh -500 tinha um brilho TAPPI de 97,38. 2) A suspensão de qualidade para enchimento foi triturada por via húmida, num moinho Drais, até um tamanho médio das partículas de 0,53 microns onde apresentava um brilho TAPPI de 95,6 e um declive de 1,66. O produto à base de PCC para revestimento resultante foi, então, crivado até mesh -325 onde apresentou brilho TAPPI de 95,6 e até mesh -500 onde apresentou um brilho TAPPI de 95,62.

Alternativamente a suspensão de PCC moída por via húmida foi submetida a um passo de separação magnética e o produto resultante tinha um tamanho médio das partículas de 0,52 microns e apresentava um brilho TAPPI de 97,83 e de declive de 1,67. Em seguida, o produto separado magneticamente foi crivado até mesh -325 onde apresentou um brilho TAPPI de 97, 83 e até mesh -500 onde apresentou um brilho TAPPI de 97,85.

3) A suspensão de PCC de qualidade para enchimento foi separada magneticamente e o produto resultante tinha um tamanho médio das partículas de 1,21 microns (Sedigraph) e apresentava um brilho de 97,65 e um declive de 1,78. A suspensão separada magneticamente foi então crivada até mesh -325 mesh onde apresentou um brilho TAPPI de 97, 65 e até mesh -500 mesh onde apresentou um brilho TAPPI 12 de 97,67.

Alternativamente, o produto para enchimento separado magneticamente foi triturado por via húmida num moinho Drais até um tamanho das partículas de 0,53 microns onde apresentou um brilho TAPPI de 97,32 e um declive de 1,68. Em seguida, o produto separado magneticamente e moído foi crivado até mesh -325 onde apresentou um brilho TAPPI de 97,30 e até mesh -500 onde apresentou um brilho TAPPI de 97,34. Utilizou-se crivos US normalizados. Tal como aqui utilizado, "mesh menos" (-mesh) significa que o material passou através do crivo e "mesh mais" (+mesh) significa que o material ficou na parte superior do crivo. Por exemplo, um produto moído até mesh -325 passa através de um crivo com mesh 325 e é portanto mais pequeno do que mesh 325.

Como se pode observar no Exemplo I, os melhores resultados, melhoramento de 2,2 pontos, foram obtidos por primeiro trituração por via húmida da suspensão de PCC de qualidade para enchimento, em seguida separação magneticamente das impurezas de cor indesejada e, finalmente, crivagem fina do produto separado magneticamente resultante. Também se faz notar que quando o PCC de qualidade para enchimento é submetido a separação magnética antes da trituração por via húmida, os valores do brilho só baixam 0,3 pontos por trituração em comparação com um decréscimo de 1,6 pontos por trituração sem separação magnética prévia. EXEMPLO II (Nao forma parte da invenção mas representa estado da técnica útil para compreensão da invenção)

Foi disponibilizada uma suspensão a 20% de sólidos de PCC Marbleton (de qualidade para enchimento). O pigmento de PCC 13 tinha um brilho TAPPI de 97,23, um tamanho médio das partículas de 1,07 microns (Sedigraph) e um valor do declive 75/25 de 1,85. Esta suspensão foi então processada por uma das seguintes maneiras: 1) A suspensão de PCC de qualidade para enchimento foi crivada até mesh -325 e até mesh -500. O produto crivado até mesh -325 tinha um brilho TAPPI de 97,24 e o produto crivado até mesh -500 mesh tinha um brilho TAPPI de 97,28. 2) A suspensão de qualidade para enchimento foi triturada por via húmida num moinho Drais até um tamanho médio das partículas de 0,53 microns em que apresentou um brilho TAPPI de 95,91e um declive de 1,77. O produto à base de PCC para revestimento resultante foi então crivado até mesh -325 onde apresentou um brilho TAPPI de 95, 90 e até mesh -500 onde apresentou um brilho TAPPI de 95,92.

Alternativamente, a suspensão de PCC triturada por via húmida foi submetida a um passo de separação magnética e o produto resultante tinha um tamanho médio das partículas de 0,54 microns e apresentava um brilho TAPPI de 97,95 e um declive de 1,68. Em seguida, o produto separado magneticamente foi crivado até mesh -325 onde apresentou um brilho TAPPI de 97, 96 e até mesh -500 onde apresentou um brilho TAPPI de 97,97. 3) A suspensão de PCC de qualidade para enchimento foi separada magneticamente e o produto resultante tinha um tamanho médio das partículas de 1,11 microns (Sedigraph) e apresentava um brilho de 98,00 e um declive de 1,90. A suspensão separada magneticamente foi então crivada até mesh -325 onde apresentou um brilho TAPPI de 98,01 e até 14 mesh -500 onde apresentou um brilho TAPPI de 98,02.

Alternativamente, o produto separado magneticamente foi triturado por via húmida num moinho Drais até um tamanho das partículas de 0,50 microns onde apresentou um brilho TAPPI de 97, 68 e um declive de 2,0. Em seguida, o produto separado magneticamente e moído foi submetido a crivagem até mesh -325 onde apresentou um brilho TAPPI de 97,67 e até mesh -500 onde apresentou um brilho TAPPI de 97,69.

Mais uma vez, o Exemplo II demonstrou que os melhores resultados, um melhoramento de 2,0 pontos, foram obtidos por, primeiro, trituração da suspensão de PCC de qualidade para enchimento, depois separação magneticamente das impurezas de cor indesejada e finalmente crivagem fina do produto separado magneticamente resultante.

EXEMPLO III

Dois produtos para revestimento à base de PCC romboédrico (derivados de cal Bedford e Marbleton, respectivamente) foram produzidos de forma a determinar o efeito da força do campo e tempo de residência no brilho final de produtos à base de PCC separados magneticamente. Os produtos para revestimento à base de PCC do Exemplo III foram produzidos a 20% de sólidos por moagem por via húmida de suspensões à base de PCC para enchimento em forma não dispersada até um tamanho médio das partículas de 0,52 microns. Em seguida, a cada um dos produtos foi adicionado Accumer 9300 NaPA e, depois, foram submetidos a separação magnética em condições do magnete variáveis para determinar os efeitos líquidos sobre o brilho do produto final. Utilizou-se um magnete PEM, modelo de laboratório, utilizou-se 15 um calibre de 1 "D x 20". Como se pode observar nas Tabelas I e II, foram explorados tempos de retenção tão baixos como 1 minuto e forças do campo do magnete de 5 a 20 quilogauss.

Tabela I

Estudo da Força do Campo Magnético de PCC Bedford ID amostra % Brilho Brancura Amarelidão L a B Alimentação 95,60 90, 73 1,56 98,36 0,50 0,98 20 kG TR 4 Min 0-4 cans 97, 86 94, 90 0,89 99,20 0,50 0,52 4-8 cans 97, 77 94,55 0,97 99,17 0,46 0,57 8-12 cans 97,59 94, 13 1, 05 99,12 0, 41 0,63 TR 2 Min 0-4 cans 97, 71 94,55 0, 95 99, 14 0, 48 0,56 TR 1 Min 0-4 cans 97, 73 94, 49 0,98 99,17 0, 49 0,58 16 kG TR 4 Min 0-4 cans 97, 78 94,68 0, 94 99,18 0, 47 0,55 12 kG TR 4 Min 0-4 cans 97,68 94,63 0,92 99,12 0,51 0,54 8 kG TR 4 Min 0, 94 99,13 0, 47 0-4 cans 97,66 94,58 0,55 5 kG TR 4 Min 0-4 cans 97,65 94,27 1, 04 99,02 0,42 0,63 16 0 número de caixas (referido nas tabelas como "cans") refere-se ao volume unitário de material que passa através do magnete e está relacionado com o tempo do ciclo no magnete. Quanto mais "cans", mais eficiente o processo. Como se pode verificar pela Tabela I, o brilho de uma amostra compósita de caixas 8-12 foi 97,59, baixando apenas 0,27 pontos em relação ao compósito de 0-4 caixas.

Tabela II

Estudo da Intensidade do Campo Magnético de PCC Marbleton ID amostra % Brilho Brancura Amarelidão L a b Alimentação 95, 91 91,34 1, 46 98, 49 0,51 0,91 20 kG TR 4 Min 0-4 cans 97, 76 94, 79 0,89 99,15 0,49 0,52 4-8 cans 97, 73 94, 55 0,97 99,17 0,43 0,57 8-12 cans 97, 76 94, 78 0,98 99,14 0,48 0,52 TR 2 Min 0-4 cans 97, 87 94, 92 0,88 99,18 0,44 0,51 TR 1 Min 0-4 cans 97,7 94,31 1,02 99,16 0,54 0,61 16 kG TR 4 Min 0-4 cans 97, 85 94, 9 0,89 99,2 0,44 0,52 12 kG TR 4 Min 0-4 cans 97, 88 94,97 0,87 99,2 0,47 0,51 8 kG TR 4 Min 0-4 cans 97, 75 94, 59 0,94 99, 15 0,46 0,56 17

Estudo da Intensidade do Campo Magnético de PCC Marbleton ID amostra % Brilho Brancura Amarelidão L a b 5 kG TR 4 Min 0-4 cans 97, 56 94,27 1,00 99,09 0,53 0,6

As Tabelas I e II demonstram que no processamento de suspensões de revestimento de PCC com baixo teor de sólidos, em forma dispersada, resulta separação magnética eficaz, uma vez que, com base no brilho TAPPI, pode ser obtida uma resposta com um tempo de retenção de 4 minutos quando se utiliza intensidade de campo magnético tão baixas como 5 kG. Adicionalmente, quando se utiliza um separador magnético a uma intensidade de campo de 20 kG, um tempo de retenção tão baixo como um minuto foi utilizado com êxito com efeito negativo mínimo nos valores resultantes do brilho do PCC. Para o produto de revestimento à base de PCC Bedford, o brilho TAPPI diminui menos de 0,2 pontos quanto se utilizou tempos de retenção de 2 minutos e 1 minuto, enquanto que o correspondente decréscimo de brilho para os produtos de revestimento à base de PCC Marbleton era essencialmente zero.

EXEMPLO IV

Foi proporcionada uma suspensão de PCC de qualidade para enchimento a 50% e 20% de sólidos (produzida a partir de calcário Bedford) à qual se adicionou dispersante Dispex 2695 disponível de Allied Colloids, Suffolk, Va. Numa base de 0,8% em peso de activos. A cal apagada Bedford utilizada na produção do PCC de qualidade para enchimento tinha a seguinte composição de contaminantes vestigiais: 18

Fe203 = Ο,137%

MnO = 0,0041%

MgO = 1,21%

SiC>2 = 0,697% S = 8290 ppm

Uma porção da suspensão de PCC de qualidade para enchimento dispersada, a 50% e 20% de sólidos (produzida a partir de cal Bedford) foi convertida num produto de PCC para revestimento de controlo por trituração por via húmida num moinho horizontal até um tamanho médio alvo das partículas de 0,57 microns (Sedigraph) e um valor do declive 75/25 de cerca de 1,85. Porções do produto de enchimento à base de PCC foram separadas magneticamente a 50% de sólidos ou a 20% de sólidos utilizando um separador magnético piloto Modelo A operando a 16 kG utilizando vários tempos de retenção e diferentes números de caixas. Em seguida, os produtos à base de PCC de qualidade para enchimento separados magneticamente foram triturados por via húmida para dar PCC de qualidade para revestimento com um tamanho médio alvo das partículas de 0,57 microns. O brilho foi medido em cada par de produtos à base de PCC de qualidade para enchimento e para revestimento para mostrar o efeito de diferentes parâmetros de separação magnética sobre o PCC de qualidade para revestimento PCC. O separador magnético piloto Modelo A foi equipado com uma caixa com 4,5 polegadas de diâmetro por 18,5 polegadas de comprimento empacotada com uma matriz de lã de aço de 25 microns. Todos os ensaios de separação magnética foram feitos a 16 kG utilizando tempos de retenção de 0,5 a 4 minutos. As Tabelas III e IV demonstram os efeitos da separação magnética sobre as suspensões de PCC de qualidade para enchimento e de qualidade para revestimento a 50% e 20% de sólidos, respectivamente. 19

Tabela III

Experiências com o Magnete Modelo "A" PCC Beldord - 50% DE SÓLIDOS Sedigraph ID Brilho % Branco Amare lo L a b MPS Declive 75/25 Enchimento (como rec) 97,46 93, 75 1,12 99,07 0,51 0,68 0,85 1, 79 Revestimento (controlo) 95,85 90,57 1,67 98,51 0,47 1,05 0,56 1,85 EXP. N2 1 16 kG TR 2 Min 4 Caixas 50% de sólidos Magnete 98,27 95,03 0,96 99,41 0,44 0,57 Moido húmido 98,10 94,81 0,99 99,37 0,43 0,59 0,57 1,81 16 kG TR 2 Min S Caixas 50% de sólidos Magnete 98,22 94,91 0,98 99,38 0,46 0,58 Moido húmido 97,90 94,47 1,03 99,26 0,49 0,62 0,59 1, 77 16 kG TR 2 Min 16 Caixas 50% de sólidos Magnete 98,23 95,01 0,96 99,39 0,44 0,57 Moido húmido 97,86 94,36 1,07 99,28 0,45 0,64 0,59 1,81 EXP. Ne 2 16 kG TR 4 Min 4 Caixas 50% de sólidos Magnete 98,57 95,69 0,84 99,51 0,48 0,49 Moido húmido 98,39 95,53 0,85 99,44 0,46 0,49 0,59 1, 77 16 kG TR 4 Min S Caixas 50% de sólidos Magnete 98,38 95,42 0,86 99,42 0,49 0,50 Moido húmido 98,05 94,85 0,95 99,30 0,46 0,56 0,59 1, 77 16 kG TR 4 Min 16 Caixas 50% de sólidos Magnete 98,19 95,07 0,92 99,35 0,46 0,54 Moido húmido 97,96 94,61 1,01 99,29 0,40 0,67 0,59 1, 79 20 PCC Beldord - 50% DE SÓLIDOS Sedigraph ID Brilho % Branco Amare lo L a b MPS Declive 75/25 EXP. N2 3 16 kG TR 1 Min 4 Caixas 50% de sólidos Magnete 98,32 94,97 0,98 99,42 0,46 0,58 Moído húmido 98,21 95,02 0,94 99,36 0,51 0,56 0,60 1,80 EXP. 4 16 kG TR 0,5 Min 4 Caixas 50% de só] Lidos Magnete 98,39 95,19 0,93 99,44 0,50 0,55 Moído húmido 98,17 94,38 0,99 99,36 0,49 0,59 0,61 1,76

Tabela IV

Experiências com o Magnete Modelo "A" PCC Belford - 20% DE SÓLIDOS Sedigraph ID Brilho % Branco Amare lo L a b MPS Declive 75/25 Enchimento (cano rec) 97,46 93,75 1,12 99,07 0,51 0,68 0,85 1,79 Revestimento (controlo) 95,85 90,57 1,67 98,51 0,47 1,05 0,56 1,85 EXP. Ns 1 16 kG TO. 2 Min 4 Caixas 20% de sói: Ldos Magnete 98,64 95,74 0,84 99,54 0,42 0,49 Moído húmido 98,53 95,65 0,86 99,42 0,42 0,47 0,56 1,88 16 kG TR 2 Min 8 Caixas 203 5 de sólidos Magnete 98,71 95,82 0,82 99,55 0,41 0,47 Moído húmido 98,52 95,72 0,79 99,42 0,41 0,45 0,58 1,85 16 kG TR 2 Min 16 Caixas 20% de sólidos Magnete 98,58 95,43 0,91 99,51 0,39 0,53 21 PCC Belford - 20% DE SÓLIDOS Sedigraph ID Brilho % Branco Amare lo L a b MPS Declive 75/25 Moído húmido 98,53 95, 72 0,80 99,44 0,36 0,46 0,58 1,88 EXP. Ne 2 16 kG TR 4 Min 4 Caixas 20% de só1j LdOS Magnete 98,67 95, 73 0,84 99,53 0,39 0,49 Moído húmido 98,49 95,55 0,84 99,44 0,39 0,49 0,58 1,83 16 kG TR 4 Min S Caixas 20% de sólidos Magnete 98,57 95,52 0,88 99,50 0,41 0,52 Moído húmido 98,46 95,49 0,85 99,43 0,40 0,50 0,58 1,9 16 kG TR 4 Min 16 Caixas 20% de sólidos Magnete 98,62 95,96 0,78 99,52 0,41 0,45 Moído húmido 98,45 95,70 0,81 99,45 0,40 0,47 0,58 1,88 EXP. Na 3 16 kG TR 1 Min 4 Caixas 20% de sólidos Magnete 98,63 95,80 0,82 99,54 0,40 0,48 Moído húmido 98,48 95,82 0,78 99,45 0,40 0,45 0,59 1,90 EXP. Na 4 16 kG TR 0,5 Min 4 Caixas 20% de só! Lidos Magnete 98,56 95,89 0, 77 99,47 0,40 0,44 Moído húmido 98,51 95,54 0,87 99,50 0,45 0,51 0,58 1,88

Como pode ser observado nas Tabelas III e IV, as melhores respostas dos ensaios, como reflectidos pela resposta de brilho TAPPI, foram obtidos quando a suspensão foi novamente diluida para 20% de sólidos, para processamento através do magnete, em

comparação com o processamento realizado a 50% de sólidos. O PCC de qualidade para enchimento submetido a separação magnética quando triturado a húmido só perdeu 0,11 a 0,37 pontos de brilho quando tratado a produtos com 50% de sólidos e 0,05 a 0,19 pontos quanto tratado a produtos com 20% de sólidos (filas designadas magnete menos as filas designadas moído húmido). Isto é comparado com 1,61 pontos de perda de brilho para o par de controlo que não foi magneticamente separado. Os produtos à base 22 de PCC de qualidade para revestimento da invenção (filas designadas moido a húmido) melhoraram 2,0 a 2,7 pontos de brilho em comparação com o controlo do revestimento. EXEMPLO V (nao faz parte da invenção mas representa a técnica anterior útil para entendimento da invenção)

Foi proporcionada uma cal apagada Bedford corrente tendo as seguintes impurezas:

Fe203 = 0,177%

Mn O = 0, 0053%

MgO = 1,26%

Si02 = 0,738% S = 7050 ppm A cal apagada Bedford foi caldeada a uma proporção em peso de 4:1 de água/cal, a uma temperatura de caldeamento de cerca de 65 °C. Depois de completado o caldeamento, a suspensão de leite de cal (MOL) foi submetida a crivagem com um dado tamanho de malha, antes da reacção de carbonatação ou crivada através de um crivo de 100 mesh e submetida a separação magnética antes da reacção de carbonatação. Nas experiências de crivagem do MOL, utilizou-se crivos de 60, 100, 200, 250 e 325 mesh, respectivamente, para remover as impurezas de partículas grossas. Para as experiências de separação magnética, utilizou-se um Separador Magnético de Alto Gradiente de 1" e operou-se a 20 kG utilizando tempos de retenção de 1, 2 e 4 minutos. Fez-se então reagir as alimentações de MOL submetidas a crivagem ou separadas magneticamente num reactor de PCC em condições de carbonatação típicas para produzir um produto de enchimento à base PCC romboédrico com uma área de superfície BET de cerca de 23 7,5 m^/g. Adicionou-se ácido cítrico a estas alimentações de MOL (a 3 kg/tonelada métrica) para inibir a formação de PCC coloidal durante a reacção. Os produtos da reacção de PCC foram então submetidos a crivagem pós reactor a -325 mesh e submetidos a trituração por via húmida não dispersada, com baixo teor de sólidos para dar um produto à base de PCC para revestimento de cerca de 0,6 microns MPS. A Tabela V demonstra o efeito da dimensão do crivo sobre o MOL utilizado para produzir PCC de qualidade para enchimento e PCC de qualidade para revestimento. A FIG.l é uma representação gráfica que mostra o efeito do tamanho do crivo no brilho tanto de PCC de qualidade para enchimento como de qualidade para revestimento. A Tabela VI demonstra o efeito de vários tempos de retenção magnética em MOL submetido a crivagem num crivo de 100 mesh utilizado para produzir PCC de qualidade para enchimento e de qualidade para revestimento. A FIG. 2 é uma representação gráfica que mostra o efeito do tempo de residência no magnete no PCC de qualidade para enchimento e de qualidade para revestimento preparado a partir de MOL de 100 mesh, separado magneticamente.

Tabela V

Propriedades Físicas de PCC Preparado a Partir de Cal Bedford Crivada ID amostra Desc. amostra Crivos de cal Brilho Bran cura Amare lidão L a b MPS μτη Decl. 75/25 Controlo do enchimento 60 mesh (controlo do crivo) 97,69 93,97 1,08 99,11 0,33 0,66 1,80 1,67 Controlo do Revestimento 60 mesh (controlo do crivo) 96,61 93,13 1,03 98,56 0,49 0,62 0,57 2,10 24

Propriedades Físicas de PCC Preparado a Partir de Cal Bedford Crivada ID amostra Desc. amostra Crivos de cal Brilho Bran cura Amare lidão L a b MPS pm Decl. 75/25 IA Enchi mento 100 mesh 97,61 93,95 1,07 99,06 0,40 0,64 1,76 1,64 1B Reves timento 100 mesh 96,69 93,04 1,09 98,64 0,51 0,66 0,60 2,18 2A Enchi mento 200 mesh 97,63 93,71 1,16 99,13 0,38 0,71 1,65 1,73 2B Revesti mento 200 mesh 97,45 93,87 1,05 99,00 0,40 0,63 0,60 2,29 3A Enchi mento 250 mesh 97,58 94,00 1,05 99, 06 0,39 0,63 1,61 1,70 3B Reves timento 250 mesh 97,14 93,71 1,00 98,79 0,47 0,59 0,60 2,26 4A Enchi mento 325 mesh 97,62 93,81 1,13 99,12 0,40 0,69 1,67 1,66 4B Reves timento 325 mesh 97,39 93,87 1,04 98,97 0,48 0,63 0,60 2,29

Tabela VI

Propriedades físicas de PCC preparado a partir de cal Bedford separada magneticamente ID amostra Desc. amostra Processamento da cal Brilho Bran cura Amare lidão L a b MPS pm Decl. 75/25 Controlo do enchimento 325 mesh (controlo do magnete) 97,52 93,62 1,17 99,11 0,45 0,72 1,73 1,7 25

Propriedades físicas de PCC preparado a partir de cal Bedford separada magneticamente ID amostra Desc. amostra Processamento da cal Brilho Bran cura Amare lidão L a b MPS pm Decl. 75/25 Controlo do revestimento 325 mesh (controlo do magnete) 96,66 93,58 0,92 98,56 0,50 0,54 0,59 2,26 5A Enchimento 325 mesh (20 kG, TR 4 min) 97,75 93,63 1,24 99,25 0,42 0,76 1,75 1,71 5B Reves timento 325 mesh (20 kG, IR 4 min) 97,52 94,12 1,02 99,07 0,46 0,61 0,61 2,28 6A Enchimento 325 mesh (20 kG, IR 2 min) 97, 77 93,71 1,22 99,26 0,40 0,75 1,72 1,76 6B Reves timento 325 mesh (20 kG, IR 2 min) 96,75 93,61 0,93 98,61 0,41 0,55 0,62 2,2 7A Enchimento 325 mesh (20 kG, IR 1 min) 97,80 93,87 1,18 99,26 0,41 0,73 1,66 1,77 7B Revestimento 325 mesh (20 kG, IR 1 min) 96,98 93,76 0,93 98,68 0,39 0,55 0,61 2,2

Embora a separação magnética da matéria-prima MOL produzisse melhoramentos no brilho de PCC de qualidade para revestimento PCC, a dimensão do melhoramento do brilho era notavelmente menor do que a derivado de quando o passo de separação magnética era efectuado na suspensão de PCC triturada por via húmida. Mais especificamente, para o tempo de retenção maior de 4 minutos a 20 kG, o brilho TAPPI só era melhorado 26 cerca de 0,8 a 0,9 pontos.

Verificou-se que este método para a preparação de produtos à base de carbonato de cálcio precipitado da invenção é uma alternativa económica para assegurar fontes de cal de alta qualidade. Este processo acrescenta menos de 2% aos custos de processamento de PCC de qualidade para revestimento, enquanto que os custos de expedição de uma fonte de cal de alta qualidade podem tipicamente acrescentar 10%.

Lisboa, 19 de Fevereiro de 2009 27

Claims (3)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Produto precipitado à base de carbonato de cálcio compreendendo uma pluralidade de partículas de carbonato de cálcio com um tamanho médio das partículas inferior a 1,0 ym, um brilho TAPPI de, pelo menos, 97 e um valor do declive 75/25 inferior a 2,0.
2. 2. Produto precipitado à base de carbonato de cálcio de acordo com a reivindicação 1, em que as partículas têm um brilho TAPPI de, pelo menos, 98.
3. 3. Composição de papel incluindo um produto precipitado à base de carbonato de cálcio de acordo com a revindicação 1 ou a reivindicação 2. Lisboa, 19 de Fevereiro de 2009 1