Proceso para preparar carbonato de calcio que reacciona en la superficie y su uso.

Proceso para preparar un carbonato de calcio con superficie sometida a reacción en un entorno acuoso,

comprendiendo el proceso las siguientes etapas:

a) proporcionar un carbonato de calcio;

b) proporcionar del 5% en peso al 50% en peso, basándose en el peso de carbonato de calcio, de al menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5, en donde el anión ácido correspondiente es capaz de formar sales de calcio insolubles en agua;

c) proporcionar CO2 gaseoso;

d) proporcionar al menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o una sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua; y

e) hacer entrar en contacto dicho carbonato de calcio con dicho por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 de la etapa

b), con dicho CO2 gaseoso de la etapa

c) y con dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua de la etapa

d); en donde el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua tiene un pKa mayor que 2, 5 y en donde su anión ácido correspondiente es capaz de formar sales de calcio insolubles en agua.

Proceso para preparar carbonato de calcio que reacciona en la superficie y su uso.

La presente invención se refiere a un proceso económico para preparar carbonato de calcio con superficie sometida a reacción. La presente invención además se refiere a un carbonato de calcio con superficie sometida a reacción que tiene un área superficial BET incrementada, y al uso de un proceso para ajustar el área superficial BET.

En la práctica, el carbonato de calcio se usa en cantidades enormes en las industrias del papel, la pintura, el caucho y el plástico para varias finalidades tales como recubrimientos, sustancias de carga, extendedores y pigmentos para fabricación de papel así como lacas acuosas y pinturas y en el tratamiento del agua, y especialmente como medios para eliminar materiales inorgánicos tales como metales pesados y/o residuos farmacéuticos tales como compuestos policíclicos, colesterol y/o compuestos disruptores endocrinos (EDC) .

Con respecto a evitar la acumulación de partículas de carbonato de calcio y mejorar la afinidad de estas partículas con una sustancia en la cual se están adicionando las partículas, por ejemplo como sustancia de carga o agente floculante, las propiedades físicas y químicas de las superficies de dichas partículas de carbonato de calcio se modifican tratando el carbonato de calcio con ácido graso o una sal sódica de un ácido graso, ácido resínico u otros ácidos.

En la técnica, se han propuesto varios planteamientos para mejorar las propiedades químicas y físicas del carbonato de calcio. Por ejemplo, el documento US 4.219.590 describe un método para mejorar el carbonato de calcio al conseguir que partículas de carbonato de calcio experimenten una reacción de contacto con un gas ácido capaz de reaccionar con carbonato de calcio para uniformizar de forma precisa el tamaño de las partículas del carbonato de calcio y, al mismo tiempo, recubrir la superficie de las partículas de carbonato de calcio con la sal cálcica del ácido del gas ácido. El documento US 6.666.953 B1 se refiere a un pigmento, sustancia de carga o mineral que contiene un carbonato de calcio natural, tratado con uno o más proveedores de iones H3O+ y CO2 gaseoso, permitiendo una reducción del peso de papel para un área superficial constante sin pérdida de propiedades físicas cuando el mismo se usa como pigmento o sustancia de carga de recubrimiento para dicho papel. El documento WO 99/02608 A1 describe un método para producir una suspensión con alto contenido de sólidos, de un carbonato de calcio precipitado resistente a los ácidos, en donde una suspensión de sólidos se trata con un aditivo químico, tal como aluminato de sodio, para comunicar al carbonato de calcio resistencia a los ácidos.

Adicionalmente, los documentos US 5.584.923, US 5.647.902, US 5.711.799, WO 97/08247 A1 y WO 98/20079 A1, respectivamente, describen carbonato de calcio que es resistente a los ácidos para posibilitar su uso como material de carga en la fabricación de papel de neutro a débilmente ácido, y un proceso para producir este carbonato de calcio resistente a los ácidos.

Además, el documento WO 2005/121257 A2 da a conocer un método para producir un pigmento mineral seco caracterizado porque contiene un producto formado in situ por la reacción múltiple de un carbonato de calcio y con el producto o productos de reacción de dicho carbonato con CO2 gaseoso formado in situ y/o de una fuente externa; y con al menos un compuesto de fórmula R-X. El documento WO 2004/083316 A1 se refiere a pigmentos minerales que contienen un producto formado in situ por la reacción doble y/o múltiple entre un carbonato de calcio y el producto o productos de reacción de dicho carbonato con uno o más donadores de iones H3O+ de moderadamente fuertes a fuertes y el producto o productos de reacción de dicho carbonato con CO2 gaseoso formado in situ y/o proveniente de una fuente externa, y al menos un silicato de aluminio y/o al menos una sílice sintética y/o al menos un silicato de calcio y/o al menos un silicato de una sal monovalente tal como silicato de sodio y/o silicato de potasio y/o silicato de litio, preferiblemente tal como silicato de sodio y/o al menos un hidróxido de aluminio y/o al menos un aluminato de sodio y/o potasio, usados en aplicaciones de fabricación de papel, tales como aplicación de sustancia de carga en serie y/o recubrimiento de papel.

El documento US 5, 043, 017 se refiere a carbonato de calcio, estabilizado a ácidos por la adición, a carbonato de calcio finamente dividido, de uno de entre un agente quelante de calcio y una base conjugada, tal como hexametafosfato de sodio, seguido por la adición de un ácido, tal como ácido fosfórico.

El documento EP 1974807 se refiere a la eliminación de compuestos disruptores endocrinos de un medio acuoso mediante la adición, al medio, de carbonato de calcio natural con superficie sometida a reacción o una suspensión acuosa que comprende carbonato de calcio con superficie sometida a reacción y que tiene un pH mayor que 6, 0 medido a 20ºC, en donde el carbonato de calcio con superficie sometida a reacción es un producto de reacción de carbonato de calcio natural con dióxido de carbono y uno o más ácidos.

Sin embargo, la técnica anterior no parece mencionar métodos económicos para preparar y controlar materiales de área superficial alta ni métodos para controlar el tamaño de partícula de materiales que permitan la provisión de materiales específicos de carbonato de calcio para el propósito deseado. En particular, los métodos para preparar materiales de área superficial alta de la técnica anterior requieren el uso de cantidades y concentraciones altas de ácidos moderadamente fuertes a fuertes (que tienen un pKa menor que o igual a 2, 5) para obtener un material deseado que tiene un área superficial BET específica alta. Adicionalmente, el uso de dichos ácidos moderadamente fuertes a fuertes necesita el uso de grandes requisitos de seguridad para minimizar el peligro para los empleados. Además, el uso de cantidades y concentraciones altas de dichos ácidos moderadamente fuertes a fuertes también da como resultado un consumo alto e intensivo en cuanto a los costes de productos químicos y agua.

De este modo, sería deseable poner a disposición un proceso que permita preparar carbonato de calcio con superficie sometida a reacción y que proporcione la posibilidad de controlar parámetros particulares tales como el área superficial BET específica y el tamaño de partícula del carbonato de calcio.

Por consiguiente, es un objetivo de la presente invención proporcionar un proceso económico para preparar un carbonato de calcio con superficie sometida a reacción, en el cual el área superficial BET específica del carbonato de calcio puede ser controlada o ajustada. Un objetivo adicional de la presente invención es la provisión de un proceso para preparar carbonato de calcio, en el cual se incrementa el área superficial BET específica de las partículas de carbonato de calcio. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso, en el cual la cantidad requerida de ácidos moderadamente fuertes a fuertes se reduce para un área superficial BET específica dada de un carbonato de calcio con relación a un material preparado mediante un proceso de la técnica anterior que implementa solamente ácidos moderadamente fuertes a fuertes. Todavía un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un proceso, en el cual el área superficial BET específica de un carbonato de calcio se incrementa para una cantidad dada de ácido moderadamente fuerte a fuerte con relación a un material preparado mediante un proceso de la técnica anterior que implementa solamente ácidos moderadamente fuertes a fuertes. Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un proceso, en el cual el tamaño de partícula de las partículas de carbonato de calcio puede ser controlado o ajustado. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso, en el cual el carbonato de calcio con superficie sometida a reacción se puede preparar con un rendimiento elevado.

La presente invención pretende resolver estos y otros objetivos proporcionando un proceso para preparar carbonato de calcio con superficie sometida a reacción, según se describe en la presente invención y se define en las reivindicaciones.

Según un aspecto de la presente solicitud se ha desarrollado un proceso para preparar un carbonato de calcio con superficie sometida a reacción en un entorno acuoso, en donde el proceso comprende las siguientes etapas:

a)... [Seguir leyendo]

1. Proceso para preparar un carbonato de calcio con superficie sometida a reacción en un entorno acuoso, comprendiendo el proceso las siguientes etapas: a) proporcionar un carbonato de calcio; b) proporcionar del 5% en peso al 50% en peso, basándose en el peso de carbonato de calcio, de al menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5, en donde el anión ácido correspondiente es capaz de formar sales de calcio insolubles en agua; c) proporcionar CO2 gaseoso; d) proporcionar al menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o una sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua; y e) hacer entrar en contacto dicho carbonato de calcio con dicho por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 de la etapa b) , con dicho CO2 gaseoso de la etapa c) y con dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua de la etapa d) ; en donde el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua tiene un pKa mayor que 2, 5 y en donde su anión ácido correspondiente es capaz de formar sales de calcio insolubles en agua.

2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 se selecciona del grupo consistente en ácidos fuertes que tienen un valor de pKa menor que o igual a cero a 25°C, y acidos moderadamente fuertes que tienen un valor de pKa de entre cero y 2, 5 a 25°C.

3. Proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el ácido moderadamente fuerte se selecciona del grupo consistente en H3PO4, ácido oxálico y mezclas de los mismos.

4. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 es H3PO4, preferiblemente H3PO4 en una concentración del 20% al 40% (v/v) .

5. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua tiene un peso molecular menor que 1 000 g/mol, preferiblemente menor que 750 g/mol y más preferiblemente menor que 500 g/mol.

6. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua se selecciona del grupo consistente en ácido bórico, ácido cítrico, dihidrogenocitrato sódico, dihidrogenocitrato potásico, hidrogenocitrato disódico, hidrogenocitrato dipotásico, dihidrogenoborato sódico, dihidrogenoborato potásico, hidrogenoborato disódico, hidrogenoborato dipotásico y mezclas de los mismos.

7. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua se adiciona en una cantidad en el intervalo de 0, 1% en peso y 20% en peso, preferiblemente entre 1% en peso y 15% en peso, más preferiblemente entre 1% en peso y 10% en peso y de la forma más preferente entre 1% en peso y 5% en peso, basándose en el peso de carbonato de calcio.

8. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el carbonato de calcio en primer lugar se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y a continuación con el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5.

9. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el carbonato de calcio se hace entrar en contacto simultáneamente con el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5.

10. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el carbonato de calcio en primer lugar se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 y durante su adición, el carbonato de calcio también se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua.

11. Proceso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el carbonato de calcio en primer lugar se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 y después de que se haya adicionado el 5% de la cantidad total del por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5, el carbonato de calcio se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua.

12. Proceso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el carbonato de calcio en primer lugar se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 y después de que se haya adicionado el 10% de la cantidad total de dicho por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5, el carbonato de calcio se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua.

13. Proceso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el carbonato de calcio en primer lugar se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 y después de que se haya adicionado el 20% de la cantidad total de dicho por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5, el carbonato de calcio se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua.

14. Proceso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el carbonato de calcio en primer lugar se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 y después de que se haya adicionado el 30% de la cantidad total de dicho por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5, el carbonato de calcio se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua.

15. Proceso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el carbonato de calcio en primer lugar se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 y después de que se haya adicionado el 50% de la cantidad total de dicho por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5, el carbonato de calcio se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua.

16. Proceso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el carbonato de calcio en primer lugar se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 y después de que se haya adicionado el 80% de la cantidad total de dicho por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5, el carbonato de calcio se hace entrar en contacto con el por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua y/o sal de hidrógeno de dicho por lo menos un ácido débil orgánico y/o inorgánico no polimérico, soluble en agua.

17. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que el por lo menos un ácido que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 se proporciona en forma de:

(i) al menos un proveedor de iones H3O+ que tiene un pKa menor que o igual a 2, 5, en donde el anión ácido correspondiente es capaz de formar una sal de calcio soluble en agua, y

(ii) al menos un anión, proporcionado en forma de una sal de hidrógeno o sal soluble en agua, en donde el ácido correspondiente de este por lo menos un anión tiene un pKa menor que o igual a 2, 5 y en donde dicho anión es capaz de formar sales de calcio insolubles en agua.

18. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el carbonato de calcio además se hace entrar en contacto con un compuesto seleccionado del grupo consistente en un silicato de sodio, un silicato de potasio, un silicato de litio, un silicato de aluminio, una sílice sintética, un silicato de calcio, un hidróxido de aluminio, un aluminato de sodio, un aluminato de potasio y mezclas de los mismos.

19. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que el carbonato de calcio con superficie sometida a reacción obtenido por el proceso tiene un área superficial específica BET de al menos 20 m2/g, preferiblemente al menos 30 m2/g, más preferiblemente al menos 40 m2/g, incluso más preferiblemente al menos 50 m2/g, todavía más preferiblemente al menos 60 m2/g, aún más preferiblemente al menos 70 m2/g y de la forma más preferente al menos 80 m2/g.

20. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en el que la suspensión acuosa obtenida después de la etapa e) se seca.

21. Carbonato de calcio con superficie sometida a reacción, obtenible mediante un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, en el que la superficie se hace reaccionar parcialmente con ácidos débiles seleccionados de entre ácido bórico, ácido cítrico, dihidrogenocitrato sódico, dihidrogenocitrato potásico,

hidrogenocitrato disódico, hidrogenocitrato dipotásico, dihidrogenoborato sódico, dihidrogenoborato potásico, hidrogenoborato disódico, hidrogenoborato dipotásico y mezclas de los mismos, presentando el carbonato un área superficial BET específica de más de 50 m2/g, más preferiblemente más de 60 m2/g y de la forma más preferente más de 80 m2/g.

22. Uso del proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, para ajustar el área superficial BET específica de carbonato de calcio con superficie sometida a reacción.

23. Uso del carbonato de calcio con superficie sometida a reacción obtenible mediante el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, en el que la superficie se hace reaccionar parcialmente con ácidos débiles seleccionados de entre ácido bórico, ácido cítrico, dihidrogenocitrato sódico, dihidrogenocitrato potásico, hidrogenocitrato disódico, hidrogenocitrato dipotásico, dihidrogenoborato sódico, dihidrogenoborato potásico, hidrogenoborato disódico, hidrogenoborato dipotásico y mezclas de los mismos, en papel, papel tisú, plásticos, pinturas o como agente de liberación controlada o de tratamiento de agua.