En la industria papelera, el carbonato de calcio —incluido el carbonato de calcio molido (GCC) y el carbonato de calcio precipitado (PCC)— es una materia prima fundamental para mejorar la calidad del papel y reducir los costos de producción. Mejora la blancura, la opacidad y la suavidad, así como la absorción de tinta y la imprimibilidad. Sin embargo, la piedra caliza en bruto o el carbonato de calcio grueso no pueden utilizarse directamente en los procesos de fabricación de papel de alta calidad. El rendimiento óptimo del carbonato de calcio depende en gran medida del equipo utilizado en la etapa inicial del proceso. Equipo de molienda ultrafina de carbonato de calcio Debe proporcionar un control preciso sobre el tamaño y la distribución de las partículas. Los equipos de modificación de superficies deben adaptarse adecuadamente a la afinidad interfacial y al recubrimiento.
I. Equipos de molienda ultrafina: La base para las funciones de “relleno” y “recubrimiento”
El carbonato de calcio se clasifica en carbonato de calcio molido (GCC) y carbonato de calcio precipitado (PCC) según los métodos de procesamiento. El equipo de molienda desempeña un papel fundamental en la producción de ambos tipos, especialmente en la del GCC.
Mineral de carbonato de calcio ──> Trituración gruesa ──> Molienda ultrafina en seco/húmedo ──> Clasificación de partículas ──> Relleno/pigmento de recubrimiento de alta calidad para la fabricación de papel
1. Dos funciones principales del carbonato de calcio en la fabricación de papel.
- Como relleno de papel:
- GCC: El GCC se utiliza principalmente en papel de impresión, papel de escritura, papel de oficina y papel publicitario. El GCC estándar de grado de carga (como 325 mallas, blancura ≥ 92%, CaCO3 ≥ 98%) se procesa principalmente utilizando molinos Raymond o molinos de rodillos verticales. El GCC ultrafino de mayor grado (por encima de 1250 mallas) para cartón requiere un procesamiento eficiente mediante molinos de rodillos anulares en seco o Líneas de producción de clasificación de molinos de bolas.
- PCC: En principio, el PCC se puede utilizar en todo tipo de papel. Se emplea principalmente como carga para papeles de alta gama, como papel de cigarrillos, papel para impresión de inyección de tinta y papel estucado ligero. Su producción se realiza mediante precipitación química, seguida de procesos de desaglomeración y clasificación.
- Como pigmentos de recubrimiento:
- GCC se puede utilizar tanto para el pre-recubrimiento como para el recubrimiento final. El pre-recubrimiento requiere partículas menores de 2 μm que representen más del 751 TP3T de la masa total. El recubrimiento final requiere partículas menores de 2 μm que alcancen entre 901 TP3T y 1001 TP3T. Estas partículas ultrafinas mejoran significativamente el brillo y la planitud de la superficie del papel.
2. Equipos de rectificado de núcleos Selección de carbonato de calcio de grado papelero
Para cumplir con los estrictos requisitos de tamaño y distribución de partículas en las diferentes etapas de la fabricación de papel, se han desarrollado líneas de procesamiento de molienda industrial específicas:
| Solicitud | Requisitos de tamaño/calidad de las partículas | Equipos de molienda ultrafina recomendados | Características y ventajas del proceso |
| GCC de grado de relleno | 325–1250 mallas (d_90≤ 10μm) | Molino de rodillos verticales / Molino de rodillos anulares / Molino grueso + clasificador neumático | Alta capacidad, bajo consumo energético, buena morfología de partículas. Ideal para el procesamiento de rellenos a gran escala. |
| GCC de grado pre-recubrimiento | Partículas de 2 μm ≥75% | Línea clasificadora de molino de bolas en seco Molino de agitación húmeda | Distribución uniforme del tamaño de partícula y buena fluidez. Adecuado para la formulación de recubrimientos con alto contenido de sólidos. |
| GCC de grado para recubrimiento superior | Partículas <2μm 90% -100\% | Molino de agitación ultrafina húmedo / Molino de perlas horizontal | Utiliza molienda con medios abrasivos para la delaminación micro y submicrométrica. La alta proporción de micropartículas produce un alto brillo superficial. |
II. Equipos para la modificación de superficiesLa clave para la compatibilidad y la retención
La molienda ultrafina confiere al carbonato de calcio una elevada superficie específica y una textura fina. Sin embargo, el carbonato de calcio sin modificar sigue siendo un material inorgánico e hidrófilo. Presenta escasa compatibilidad y baja fuerza de unión con las fibras vegetales orgánicas, que también son hidrófilas pero poseen una carga superficial negativa. Esta incompatibilidad conlleva una baja retención de carga, una menor resistencia mecánica y la aparición de polvo o pelusa en el papel.
Para resolver estos problemas, máquinas de modificación continua de alta eficiencia son esenciales para el recubrimiento químico o la modificación de superficies.
1. Equipos principales de modificación y principios de funcionamiento
- Máquina de modificación de colmenas de tres anillos/celdas múltiples: Un rotor de alta velocidad genera fuertes fuerzas de cizallamiento y centrífugas. El polvo de carbonato de calcio se fluidiza y se mezcla rápidamente con agentes modificadores atomizados (como estearato de sodio o agentes de acoplamiento) para lograr un recubrimiento monocapa a nivel molecular.
- Máquina de modificación continua de turbinas: Este equipo es idóneo para la modificación en seco a alta velocidad de carbonato de calcio ultrafino. Los materiales y los agentes modificadores colisionan a altas frecuencias dentro de la cámara de la turbina. Este diseño proporciona una alta tasa de recubrimiento y previene eficazmente la reaglomeración del polvo ultrafino.
- Reactores de modificación húmeda / Recipientes agitados: Los agentes modificadores (como el quitosano catiónico, la CMC o el agente de acoplamiento KH570) se añaden directamente a la suspensión durante o después de la molienda ultrafina en húmedo. Este proceso permite el injerto o recubrimiento de la superficie en fase líquida.
2. Procesos de modificación y beneficios de los equipos
(1) Proceso de recubrimiento químico
El recubrimiento químico modifica las superficies de GCC o PCC dentro de un sistema de reacción. Por ejemplo, la complejación de polielectrolitos se puede utilizar dentro de un equipo de modificación para depositar quitosano cationizado y carboximetilcelulosa (CMC) sobre superficies de PCC:
- Función del equipo: La mezcla forzada y la precipitación con temperatura controlada hacen que la distribución de partículas sea más concentrada y uniforme, duplicando la superficie específica.
- Rendimiento en la fabricación de papel: El carbonato de calcio recubierto permanece estable en los poros de la fibra mediante atrapamiento mecánico y adsorción coloidal. Este proceso aumenta tasas de retención y mejora significativamente el índice de tracción, la resistencia al estallido y la resistencia al plegado.
(2) Proceso de acoplamiento químico superficial
Los agentes de acoplamiento (como el KH570) o los tensioactivos orgánicos (como el estearato de sodio) se utilizan para modificar el polvo de carbonato de calcio:
- Función del equipo: Las máquinas de modificación de alta velocidad utilizan el cizallamiento térmico para aplicar estearato de sodio o silanoles hidrolizados (Si-OH) de manera uniforme sobre superficies de nanocarbonato de calcio, formando enlaces químicos estables (como los enlaces Ca-O-Si).
- Rendimiento en la fabricación de papel: El carbonato de calcio modificado presenta una polaridad reducida, menor energía superficial y una dispersibilidad significativamente mejor. Cuando se aplica en recubrimientos, mejora la resistencia superficial, las propiedades hidrofóbicas y el rendimiento de fricción (se utiliza comúnmente en revestimientos antideslizantes y bandejas de embalaje).
III. Sinergia entre el procesamiento ultrafino y la modificación
- Logrando una blancura excepcional (pulido y eliminación de impurezas):Las estructuras cristalinas del carbonato de calcio natural poseen inherentemente una alta blancura. Molienda precisa con molinos agitados ultrafinos húmedos o clasificadores de molinos de bolas Evita la contaminación por hierro al tiempo que reduce las partículas a tamaños óptimos para la dispersión de la luz (alrededor de 0,2 – 0,5 μm). Esto maximiza la reflexión de la luz visible, lo que aumenta significativamente la blancura y la opacidad general del papel.
- Lograr una gran suavidad y brillo (partículas ultrafinas + antiaglomeración):
- Micropartículas procesadas por equipos de molienda ultrafina (<2μm > 90%) rellenan los huecos entre las fibras, formando una capa de recubrimiento ultrafina y plana sobre la superficie del papel.
- Tras la reducción de la energía superficial y el tratamiento de recubrimiento en equipos de modificación, el carbonato de calcio ultrafino evita la reaglomeración secundaria en los sistemas de recubrimiento. Mantiene una buena fluidez y un alto contenido de sólidos. En consecuencia, el papel presenta una excelente suavidad y un alto brillo después del calandrado, a la vez que se reduce el desprendimiento de polvo y pelusa durante la impresión.
Los equipos de molienda ultrafina permiten un control preciso del tamaño de las partículas, mientras que los equipos de modificación alteran las características de la superficie. En conjunto, permiten que el carbonato de calcio libere plenamente sus ventajas físicas y químicas, consolidándolo como una materia prima mineral básica de alta calidad y rentable para la industria papelera.
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— Publicado por Emily Chen