Dans l'industrie papetière, le carbonate de calcium – notamment le carbonate de calcium broyé (GCC) et le carbonate de calcium précipité (PCC) – est une matière première essentielle pour améliorer la qualité du papier et réduire les coûts de production. Il améliore la blancheur, l'opacité et le lissage. Il améliore également l'absorption de l'encre et l'imprimabilité. Cependant, le calcaire brut ou le carbonate de calcium grossier ne peuvent être utilisés directement dans les procédés de fabrication de papier de haute qualité. L'efficacité optimale du carbonate de calcium dépend en grande partie des équipements utilisés en amont. Équipement de broyage ultrafin du carbonate de calcium Il est indispensable de contrôler précisément la taille et la distribution des particules. L'équipement de modification de surface doit être adapté à l'affinité interfaciale et au revêtement.
I. Équipements de broyage ultrafin : la base des fonctions de « remplissage » et de « revêtement »
Le carbonate de calcium est classé en carbonate de calcium broyé (GCC) et carbonate de calcium précipité (PCC) selon les méthodes de traitement. Le matériel de broyage joue un rôle central dans la production des deux types, en particulier pour le GCC.
Minerai de carbonate de calcium ──> Concassage grossier ──> Broyage ultrafin à sec/humide ──> Classification des particules ──> Charge/pigment de couchage de haute qualité pour la fabrication du papier
1. Deux rôles principaux du carbonate de calcium dans la fabrication du papier
- Comme remplissage de papier :
- CCG : Le GCC est principalement utilisé dans la fabrication du papier d'impression, du papier à écrire, du papier de bureau et du papier publicitaire. Le GCC standard (par exemple, 325 mesh, blancheur ≥ 92%, CaCO3 ≥ 98%) est généralement transformé à l'aide de broyeurs Raymond ou de broyeurs à cylindres verticaux. Le GCC ultrafin de qualité supérieure (supérieur à 1250 mesh) destiné au carton nécessite un traitement efficace par broyeurs à anneaux secs ou lignes de production de classification par broyeur à boulets.
- PCC : En principe, le PCC peut être utilisé dans tous les types de papier. Il est principalement utilisé comme charge dans les papiers haut de gamme, tels que le papier à cigarettes, le papier pour impression jet d'encre et le papier couché léger. Il est produit par précipitation chimique, suivie d'une désagglomération et d'un classement.
- En tant que pigments de revêtement :
- Le GCC peut être utilisé pour le pré-couchage et le couchage de finition. Le pré-couchage nécessite des particules inférieures à 2 μm représentant plus de 75 % de la masse totale. Le couchage de finition requiert des particules inférieures à 2 μm pour atteindre 90 % à 100 % de la masse totale. Ces particules ultrafines améliorent considérablement la brillance et la planéité de la surface du papier.
2. Équipement de broyage de noyaux Sélection du carbonate de calcium de qualité papetière
Pour répondre aux exigences strictes en matière de taille et de distribution des particules aux différentes étapes de la fabrication du papier, des lignes de broyage industrielles spécifiques ont été développées :
| Application | Exigences relatives à la taille et à la qualité des particules | Équipement de broyage ultrafin recommandé | Caractéristiques et avantages du processus |
| GCC de qualité remplissage | 325–1250 mesh (d_90≤ 10μm) | Broyeur vertical à cylindres / Broyeur à rouleaux annulaires / Broyeur à gros grains + Classificateur à air | Capacité élevée, faible consommation d'énergie, morphologie particulaire optimale. Idéal pour le traitement de charges à grande échelle. |
| Qualité de pré-revêtement GCC | Particules de 2 μm ≥75% | Ligne de classification par broyeur à boulets sec / Broyeur à agitation humide | Granulométrie homogène et bonne fluidité. Convient à la formulation de revêtements à haute teneur en matières solides. |
| Revêtement de finition de qualité GCC | Particules <2μm 90% -100\% | Broyeur à billes horizontal à agitation ultrafine par voie humide | Utilise le broyage par abrasif pour le délaminage micro- et submicronique. Le taux élevé de microparticules permet d'obtenir une brillance de surface élevée. |
II. Équipement de modification de surfaceLa clé de la compatibilité et de la fidélisation
Le broyage ultrafin confère au carbonate de calcium une surface spécifique élevée et une texture fine. Cependant, le carbonate de calcium non modifié demeure un matériau inorganique et hydrophile. Il présente une faible compatibilité et une faible adhérence aux fibres végétales organiques, elles aussi hydrophiles mais chargées négativement en surface. Cette incompatibilité entraîne une faible rétention de la charge, une résistance mécanique réduite et un phénomène de peluchage du papier.
Pour résoudre ces problèmes, machines de modification continue à haut rendement sont essentiels pour le revêtement chimique ou la modification de surface.
1. Principaux équipements de modification et principes de fonctionnement
- Machine de modification de ruche à trois anneaux / multicellulaires : Un rotor à grande vitesse génère de fortes forces de cisaillement et centrifuges. La poudre de carbonate de calcium est fluidisée et rapidement mélangée à des agents modificateurs atomisés (tels que le stéarate de sodium ou des agents de couplage) afin d'obtenir un revêtement monocouche à l'échelle moléculaire.
- Machine de modification continue à turbine : Cet équipement est adapté à la modification à sec à haute vitesse du carbonate de calcium ultrafin. Les matériaux et les agents modificateurs entrent en collision à haute fréquence dans la chambre de la turbine. Cette conception permet un taux de revêtement élevé et empêche efficacement la réagglomération des poudres ultrafines.
- Réacteurs de modification par voie humide / Cuves agitées : Des agents modificateurs (tels que le chitosane cationisé, la CMC ou l'agent de couplage KH570) sont ajoutés directement à la suspension pendant ou après le broyage ultrafin en milieu humide. Ce procédé permet le greffage ou le revêtement de surface en phase liquide.
2. Avantages liés aux procédés de modification et aux équipements
(1) Procédé de revêtement chimique
Le revêtement chimique modifie les surfaces du GCC ou du PCC au sein d'un système réactionnel. Par exemple, la complexation de polyélectrolytes peut être utilisée dans un équipement de modification pour déposer du chitosane cationisé et de la carboxyméthylcellulose (CMC) sur des surfaces de PCC.
- Rôle de l'équipement : Le mélange forcé et la précipitation à température contrôlée permettent une distribution des particules plus concentrée et uniforme, doublant ainsi la surface spécifique.
- Performance de fabrication du papier : Le carbonate de calcium enrobé reste stable dans les pores des fibres grâce à un piégeage mécanique et à une adsorption colloïdale. Ce processus augmente taux de rétention et améliore considérablement l'indice de traction, la résistance à l'éclatement et la résistance au pliage.
(2) Procédé de couplage chimique de surface
Des agents de couplage (tels que le KH570) ou des tensioactifs organiques (tels que le stéarate de sodium) sont utilisés pour modifier la poudre de carbonate de calcium :
- Rôle de l'équipement : Les machines de modification à grande vitesse utilisent le cisaillement thermique pour appliquer uniformément du stéarate de sodium ou des silanols hydrolysés (Si-OH) sur des surfaces de carbonate de calcium nano, formant des liaisons chimiques stables (telles que les liaisons Ca-O-Si).
- Performance de fabrication du papier : Le carbonate de calcium modifié présente une polarité réduite, une énergie de surface plus faible et une dispersibilité nettement supérieure. Appliqué dans les revêtements, il améliore la résistance de surface, les propriétés hydrophobes et les performances de friction (il est couramment utilisé pour les revêtements antidérapants et les plateaux d'emballage).
III. Synergie entre le traitement ultrafin et la modification
- Création d'une blancheur exceptionnelle (polissage du décolleté + élimination des impuretés) :Les structures cristallines naturelles du carbonate de calcium possèdent intrinsèquement une blancheur élevée. Un broyage précis avec broyeurs à agitation ultra-fine à voie humide ou classificateurs à broyeur à boulets Ce procédé évite la contamination par le fer tout en réduisant la taille des particules à des dimensions optimales pour la diffusion de la lumière (environ 0,2 à 0,5 µm). Il maximise ainsi la réflexion de la lumière visible, améliorant significativement la blancheur et l'opacité du papier.
- Obtention d'une surface très lisse et brillante (particules ultrafines + anti-agglomération) :
- Microparticules traitées par équipement de broyage ultra-fin (<2μm > 90%) remplissent les espaces entre les fibres, formant une couche de revêtement ultra-mince et plate sur la surface du papier.
- Après réduction de l'énergie de surface et traitement de revêtement dans un équipement de modification, le carbonate de calcium ultrafin évite la réagglomération secondaire dans les systèmes de couchage. Il conserve une bonne fluidité et une teneur élevée en matières solides. Par conséquent, le papier présente un excellent lissage et un brillant élevé après calandrage, tout en réduisant le poudrage et le peluchage lors de l'impression.
Les équipements de broyage ultrafin permettent un contrôle précis de la granulométrie, tandis que les équipements de modification modifient les caractéristiques de surface. Ensemble, ils permettent au carbonate de calcium de déployer pleinement ses propriétés physico-chimiques, ce qui en fait une matière première minérale de base, de haute qualité et économique, pour l'industrie papetière.
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— Publié par Emily Chen