Procedimiento de fabricación de suspensiones de materiales minerales con alto contenido de sólidos.

Procedimiento de fabricación de suspensiones acuosas de material (es) mineral (es) con alto contenido de sólidos que comprende los pasos de:

a) prever al menos un material mineral,

b) preparar una suspensión acuosa que comprenda al material mineral que es al menos uno del paso a),

c) moler el material mineral de la suspensión acuosa resultante del paso b),

d) concentrar la suspensión acuosa de material mineral molido del paso c) mediante enfriamiento instantáneo, caracterizado por el hecho de que

- se añade a la suspensión acuosa del paso b) al menos un agente dispersante, en donde el agente dispersante que es al menos uno es añadido completamente antes del paso de molienda c), o bien por pasos antes del paso de molienda c) y durante el mismo, o bien antes del paso de molienda c) y durante el mismo y/o después del mismo, en donde el agente dispersante que es al menos uno es seleccionado independientemente de entre los miembros del grupo que consta de homopolímeros o copolímeros de ácidos policarboxílicos tales como ácidos acrílicos o metacrílicos o ácido maleico; y/o sus sales, tales como p. ej. sales parcial o completamente neutralizadas con sodio, litio, potasio, amonio, calcio, magnesio, estroncio y/o aluminio o mezclas de los mismos, y preferiblemente con sodio, calcio y magnesio; o derivados de tales ácidos tales como ésteres basados en p. ej. ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, ácido fumárico o ácido itacónico, tales como p. ej. ésteres acrílicos o de acrilamida tales como metacrilato de metilo, o mezclas de los mismos; polifosfatos alcalinos, o mezclas de los mismos, y en donde

- el contenido final de sólidos de la suspensión acuosa obtenida tras el paso d) es de un 80 a un 85% en peso.

Procedimiento de fabricación de suspensiones de materiales minerales con alto contenido de sólidos

La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de suspensiones de materiales minerales con alto contenido de sólidos, a la suspensión acuosa de materiales minerales con alto contenido de sólidos obtenida mediante este procedimiento, y al uso de tales suspensiones.

En el método de fabricación de una hoja de papel, cartón o producto análogo, un experto en la materia tiende cada vez más a sustituir parte de las costosas fibras de celulosa por material mineral más económico a fin de reducir el coste del papel, mejorando al mismo tiempo sus propiedades tales como la opacidad y/o el brillo.

Tales materiales minerales perfectamente conocidos comprenden por ejemplo a los miembros del grupo que consta de carbonato cálcico natural, carbonato cálcico sintético y diversas cargas análogas que contienen carbonatos cálcicos tales como dolomita o cargas basadas en carbonato mixto; materiales varios tales como talco o análogos; mica, arcilla, dióxido de titanio, etc.

Por razones de aplicabilidad, transporte, almacenamiento y coste del secado, es especialmente útil producir el material mineral en forma de suspensiones con alto contenido de sólidos, es decir, que contengan tan sólo poco agua, lo cual sin embargo en general es tan sólo posible añadiendo una alta cantidad de agentes dispersantes o adyuvantes abrasivos.

Así, durante mucho tiempo ha venido siendo común usar en un proceso de molienda en húmedo en calidad de agentes dispersantes polímeros hidrosolubles basados en ácidos poliacrílicos parcial o totalmente neutralizados o en sus derivados (EP 0 046 573, EP 0 100 947, EP 0 100 948, EP 0 129 329, EP 0 261 039, EP 0 516 656, EP 0 542 643, EP 0 542 644, EP 0 717 051) para así obtener suspensiones acuosas de minerales que satisfagan los deseados criterios de refinación y baja viscosidad. Estos agentes dispersantes, sin embargo, tienen que ser usados en grandes cantidades, lo cual es no tan sólo no deseable desde el punto de vista económico, sino también desventajoso con respecto a la capacidad del producto final de desarrollar dispersión de la luz visible como requiere el usuario final en las aplicaciones en papel.

En consecuencia, hay varios enfoques en la técnica anterior para proporcionar suspensiones de materiales minerales con alto contenido de sólidos, en donde se da una disminución de la cantidad de agentes dispersantes como los anteriormente indicados y se evitan o reducen los inconvenientes mencionados.

Por ejemplo los documentos WO 02/49766, EP 0 850 685, WO 2008/010055 y WO 2007/072168 dan a conocer procedimientos de fabricación de suspensiones acuosas de material mineral refinado con una concentración de materia seca que puede ser alta, presentando al mismo tiempo dichas suspensiones una baja viscosidad BrookfiledMF (MF = marca de fábrica) que se mantiene estable a lo largo del tiempo. A este respecto se mencionan el uso de dispersantes específicos tales como copolímeros de ácido acrílico con ácido maleico, de una particular tasa de neutralización, o bien el uso de compuestos inorgánicos de flúor a integrar en suspensiones acuosas de las partículas de mineral salidas del paso de concentración mecánica y/o térmica a continuación de un paso de molienda en húmedo a baja concentración de sólidos sin el uso de agentes dispersantes o de adyuvantes abrasivos.

Además, la solicitud de patente europea no publicada Nº 08 172 465 da a conocer el uso de polímeros orgánicos hidrosolubles neutralizados con litio que actúan como potenciadores de la capacidad abrasiva y/o dispersante a fin de lograr suspensiones acuosas de material mineral con las propiedades requeridas, minimizando al mismo tiempo la demanda de agente dispersante y/o adyuvante abrasivo sin una disminución de las propiedades de los productos finales tales como las propiedades ópticas del papel.

Se menciona otro enfoque en la EP 0 614 948 o en la EP 0 857 763, que se refieren a un procedimiento para triturar en húmedo pigmentos de metales alcalinotérreos, y en particular, pero no exclusivamente, pigmentos de carbonato cálcico, preparando una suspensión acuosa de un compuesto de metal alcalinotérreo particulado, sometiendo a esta suspensión a molienda por atrición con un medio abrasivo particulado bajo condiciones tales que se produce un producto que tiene una distribución del tamaño de partículas que es tal que al menos las de un 90% en peso de las partículas tienen un diámetro esférico equivalente de menos de 2 !m; y dejando que se evapore el agua de la suspensión en virtud de la acción de calor contenido en la suspensión hasta que el porcentaje en peso de compuesto de metal alcalinotérreo seco en la suspensión se ha incrementado hasta al menos un 70% en peso, para una concentración inicial de sólidos de un 40 a un 70% en peso. Se desprende de los Ejemplos que el uso de una suspensión que tenga un contenido inicial de sólidos de más de un 70% en peso no es adecuado para el procedimiento reivindicado que usa un 0, 7% en peso. Así, la EP 0 614 948 describe un procedimiento para moler material mineral con un alto contenido de sólidos, indicando claramente que este procedimiento es tan sólo adecuado para una suspensión que tenga un contenido inicial de sólidos de no más de un 70% en peso.

Así, los procedimientos que son conocidos en la técnica anterior usan aún una relativamente alta cantidad de dispersante, o bien tan sólo son adecuados para suspensiones de materiales minerales que tengan un relativamente bajo contenido de sólidos, y por consiguiente no son muy eficientes.

En consecuencia, es un objeto de la presente invención aportar un procedimiento de fabricación de suspensiones acuosas de material mineral con alto contenido de sólidos usando una reducida cantidad de dispersante y teniendo una baja viscosidad Brookfield.

Este objeto es alcanzado por un procedimiento de fabricación de suspensiones acuosas de material (es) mineral (es) con alto contenido de sólidos que comprende los pasos de: a) prever al menos un material mineral, b) preparar una suspensión acuosa que comprenda al material mineral que es al menos uno del paso a) , c) moler el material mineral de la suspensión acuosa resultante del paso b) , d) concentrar la suspensión acuosa de material mineral molido del paso c) mediante enfriamiento instantáneo.

Los materiales minerales que son adecuados para ser usados en el procedimiento según la presente invención son preferiblemente seleccionados de entre los miembros del grupo que consta de carbonato cálcico natural (GCC) tal como mármol, tiza y caliza; carbonato cálcico precipitado (PCC) tal como PCC aragonítico, PCC vaterítico y/o PCC calcítico, y especialmente PCC prismático, romboédrico o escalenoédrico; carbonato cálcico modificado en superficie; dolomita; talco; bentonita; arcilla; magnesita; blanco satén; sepiolita, huntita, diatomita; silicatos, y mezclas de los mismos.

Se prefiere que las de un 40 a un 85% en peso, preferiblemente las de un 45 a un 80% en peso, más preferiblemente las de un 50 a un 75% en peso, y con la máxima preferencia las de un 60 a un 70% en peso, tal como

p. ej. las de un 65% en peso de las partículas de material mineral que es al menos uno que se prevén en el paso a) tengan un diámetro esférico equivalente < 10 !m, según medición efectuada por medio de un dispositivo Sedigraph 5100 de la empresa Micromeritics, de EE.UU., en una solución acuosa de Na4P2O7 al 0, 1% en peso, en donde las muestras fueron dispersadas usando un agitador de alta velocidad y ultrasonido.

Según el paso b) del procedimiento de la presente invención, se prepara una suspensión acuosa a partir del material mineral previsto en el paso a) .

Esta suspensión acuosa, antes de ser sometida al paso d) , preferiblemente tiene un contenido de sólidos de más de un 70 a un 80% en peso, especialmente de un 72 a un 79% en peso, más preferiblemente de un 74 a un 78% en peso, y con la máxima preferencia de un 76 a un 78% en peso, sobre la base del peso total de la suspensión.

A continuación, la suspensión acuosa de material (es) mineral (es) es sometida a un paso de molienda, que puede ser llevado a cabo en cualquiera de los conocidos equipos de molienda con los que están familiarizados los expertos en la materia para la molienda de materiales minerales.

Son adecuados a este respecto... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de fabricación de suspensiones acuosas de material (es) mineral (es) con alto contenido de sólidos que comprende los pasos de: a) prever al menos un material mineral, b) preparar una suspensión acuosa que comprenda al material mineral que es al menos uno del paso a) , c) moler el material mineral de la suspensión acuosa resultante del paso b) , d) concentrar la suspensión acuosa de material mineral molido del paso c) mediante enfriamiento instantáneo,

caracterizado por el hecho de que

- se añade a la suspensión acuosa del paso b) al menos un agente dispersante, en donde el agente dispersante que es al menos uno es añadido completamente antes del paso de molienda c) , o bien por pasos antes del paso de molienda c) y durante el mismo, o bien antes del paso de molienda c) y durante el mismo y/o después del mismo, en donde el agente dispersante que es al menos uno es seleccionado independientemente de entre los miembros del grupo que consta de homopolímeros o copolímeros de ácidos policarboxílicos tales como ácidos acrílicos o metacrílicos o ácido maleico; y/o sus sales, tales como p. ej. sales parcial o completamente neutralizadas con sodio, litio, potasio, amonio, calcio, magnesio, estroncio y/o aluminio o mezclas de los mismos, y preferiblemente con sodio, calcio y magnesio; o derivados de tales ácidos tales como ésteres basados en p. ej. ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, ácido fumárico o ácido itacónico, tales como p. ej. ésteres acrílicos o de acrilamida tales como metacrilato de metilo, o mezclas de los mismos; polifosfatos alcalinos, o mezclas de los mismos, y en donde

- el contenido final de sólidos de la suspensión acuosa obtenida tras el paso d) es de un 80 a un 85% en peso.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el material mineral que es al menos uno es seleccionado de entre los miembros del grupo que consta de carbonato cálcico natural (GCC) tal como mármol, tiza, caliza; carbonato cálcico precipitado (PCC) tal como PCC aragonítico, PCC vaterítico y/o PCC calcítico, y especialmente PCC prismático, romboédrico o escalenoédrico; carbonato cálcico modificado en superficie; dolomita; talco; bentonita; arcilla; magnesita; blanco satén; sepiolita, huntita, diatomita; silicatos, y mezclas de los mismos.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por el hecho de que las de un 40 a un 85% en peso, preferiblemente las de un 45 a un 80% en peso, más preferiblemente las de un 50 a un 75% en peso, y con la máxima preferencia las de un 60 a un 70% en peso, tal como p. ej. las de un 65% en peso de las partículas de material mineral que es al menos uno en el paso a) tienen un diámetro esférico equivalente < 10 !m.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que la suspensión acuosa, antes del paso d) , tiene un contenido de sólidos que va de más de un 70 a un 80% en peso, preferiblemente de un 72 a un 79% en peso, más preferiblemente de un 74 a un 78% en peso, y con la máxima preferencia de un 76 a un 78% en peso, sobre la base del peso total de la suspensión.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que la cantidad total del agente dispersante que es al menos uno que es añadida antes del paso de molienda c) , o bien antes del paso c) y durante el mismo, o bien antes del paso molienda c) y durante el mismo y/o después del mismo, es de aproximadamente un 0, 01 a un 1, 25% en peso, preferiblemente de un 0, 05 a un 1% en peso, más preferiblemente de un 0, 1 a un 0, 7% en peso, y con la máxima preferencia de un 0, 3 a un 0, 5% en peso, sobre la base del peso en seco del material mineral.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el peso molecular Mw del agente dispersante que es al menos uno está situado dentro de la gama de pesos moleculares que va desde 1000 hasta 15000 g/mol, preferiblemente está situado dentro de la gama de pesos moleculares que va desde 3000 hasta 7000 g/mol, siendo p. ej. de 3500 g/mol, y con la máxima preferencia está situado dentro de la gama de pesos moleculares que va desde 4000 hasta 6000 g/mol, siendo p. ej. de 5500 g/mol.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que antes del paso c) , durante el mismo o después del mismo, pero antes del paso d) , se añade a la suspensión acuosa del paso b) al menos un óxido y/o hidróxido alcalinotérreo, y preferiblemente cal y/o dolomita quemada.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que el óxido y/o hidróxido alcalinotérreo es añadido en una cantidad que va desde aproximadamente un 0, 001 hasta un 0, 1% en peso, preferiblemente desde un 0, 005 hasta un 0, 07% en peso, más preferiblemente desde un 0, 007 hasta un 0, 05% en peso, y con la máxima preferencia desde un 0, 01 hasta un 0, 03% en peso, siendo p. ej. de un 0, 02% en peso, sobre la base del peso en seco del material mineral.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el paso c) es realizado varias veces.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que las de un 20 a un 70% en peso, preferiblemente las de un 36 a un 68% en peso, y más preferiblemente las de un 40 a un 60% en peso, tal como p. ej. las de un 50% en peso de las partículas del material mineral que es al menos uno tienen un tamaño de partículas < 2 !m tras del paso c) .

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que las de un 10 a un 90% en peso, preferiblemente las de un 20 a un 80% en peso, más preferiblemente las de un 36 a un 75% en peso, especialmente las de un 40 a un 70% en peso, y con la máxima preferencia las de un 50 a un 65% en peso, tal como p. ej. las de un 55% en peso de las partículas del material mineral que es al menos uno tienen un tamaño de partículas < 1!m tras del paso c) .

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que tras el paso de molienda c) la suspensión acuosa de material mineral molido es sometida a un paso de separación, p. ej. por medio de tamizado, filtración o centrifugación.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que en el paso d) es aportado calor que permite que se evapore agua de la suspensión acuosa, en donde este calor es generado por el anterior paso de molienda c) o bien es aportado externamente.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado por el hecho de que la temperatura de la suspensión acuosa a la entrada del enfriador instantáneo es de 70 a 105ºC, tal como p. ej. de 95ºC, y a la salida del enfriador instantáneo es de menos de 60 a 30ºC, tal como p. ej. de 35ºC.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que en el paso d) la suspensión acuosa es expuesta a presión reducida, y preferiblemente a una presión de 200 a 500 mbares, más preferiblemente de 250 a 400 mbares, y con la máxima preferencia a una presión de 288 a 360 mbares, tal como p. ej. a una presión de 300 a 350 mbares.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el contenido final de sólidos de la suspensión acuosa obtenida tras el paso d) es de un 82 a un 84% en peso, siendo p. ej. de un 83% en peso.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el contenido final de sólidos de la suspensión acuosa tras el paso d) es al menos un 1% en peso, preferiblemente al menos un 2% en peso, y más preferiblemente al menos un 3% en peso más alto que el contenido inicial de sólidos de la suspensión acuosa obtenida en el paso b) .

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que la viscosidad Brookfield medida a 23ºC tras 1 minuto de agitación a 100 rpm de la suspensión acuosa final tras el paso d) es de 50 a 1000 mPa·seg., preferiblemente de 100 a 750 mPa·seg., más preferiblemente de 150 a 600 mPa·seg., y con la máxima preferencia de 200 a 460 mPa·seg., siendo p. ej. de 300 mPa·seg.

19. Suspensión acuosa de material (es) mineral (es) con alto contenido de sólidos obtenida mediante el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en donde el contenido final de sólidos de la suspensión acuosa obtenida tras el paso d) es un 83 a un 85% en peso.

20. Uso de la suspensión acuosa de materiales minerales con alto contenido de sólidos obtenida mediante el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 en papel, colores de recubrimiento de papel, pinturas y plásticos, en donde el contenido final de sólidos de la suspensión acuosa obtenida tras el paso d) es de un 83 a un 85% en peso.