Na indústria de papel, o carbonato de cálcio — incluindo o carbonato de cálcio moído (GCC) e o carbonato de cálcio precipitado (PCC) — é uma matéria-prima essencial para melhorar a qualidade do papel e reduzir os custos de produção. Ele aprimora a brancura, a opacidade e a lisura. Também melhora a absorção de tinta e a imprimibilidade. No entanto, o calcário bruto ou o carbonato de cálcio grosso não podem ser usados diretamente em processos de fabricação de papel de alta qualidade. O desempenho ideal do carbonato de cálcio depende, em grande parte, dos equipamentos utilizados na etapa inicial do processo. Equipamento de moagem ultrafina de carbonato de cálcio Deve proporcionar um controle preciso sobre o tamanho e a distribuição das partículas. Os equipamentos de modificação de superfície devem adaptar-se adequadamente à afinidade interfacial e ao revestimento.
I. Equipamentos de moagem ultrafina: a base para as funções de "enchimento" e "revestimento"
O carbonato de cálcio é classificado em carbonato de cálcio moído (CCM) e carbonato de cálcio precipitado (CCP) com base nos métodos de processamento. Os equipamentos de moagem desempenham um papel fundamental na produção de ambos os tipos, especialmente do CCM.
Minério de carbonato de cálcio ──> Britagem grossa ──> Moagem ultrafina a seco/úmido ──> Classificação de partículas ──> Carga/pigmento de revestimento de alta qualidade para fabricação de papel
1. Duas funções principais do carbonato de cálcio na fabricação de papel
- Como enchimento de papel:
- GCC: O GCC é usado principalmente em papel de impressão, papel para escrita, papel de escritório e papel publicitário. O GCC de grau de enchimento padrão (como 325 mesh, brancura ≥ 92%, CaCO3 ≥ 98%) é processado principalmente em moinhos Raymond ou moinhos de rolos verticais. O GCC ultrafino de grau superior (acima de 1250 mesh) para papelão requer processamento eficiente por meio de moinhos de rolos de anel secos ou linhas de produção de classificação de moinhos de bolas.
- PCC: Em princípio, o PCC pode ser usado em todos os tipos de papel. É usado principalmente como carga para papéis de alta qualidade, como papel para cigarros, papel para impressão a jato de tinta e papel revestido leve. É produzido por precipitação química combinada com equipamentos de desaglomeração e classificação subsequentes.
- Como pigmentos de revestimento:
- O GCC pode ser usado tanto para pré-revestimento quanto para revestimento final. O pré-revestimento requer partículas menores que 2 μm para representar mais de 75% da massa total. O revestimento final requer partículas menores que 2 μm para atingir 90%–100%. Essas partículas ultrafinas melhoram significativamente o brilho e a planicidade da superfície do papel.
2. Equipamento de retificação de núcleos Seleção de carbonato de cálcio para fabricação de papel
Para atender aos rigorosos requisitos de tamanho e distribuição de partículas em diferentes etapas da fabricação de papel, foram desenvolvidas linhas de processo de moagem industrial específicas:
| Aplicativo | Tamanho das partículas / Requisitos de qualidade | Equipamentos recomendados para moagem ultrafina | Características e vantagens do processo |
| GCC de grau de enchimento | Malha 325–1250 (d_90≤ 10μm) | Moinho de rolos verticais / Moinho de rolos anulares / Moinho grosso + Classificador de ar | Alta capacidade, baixo consumo de energia, boa morfologia de partículas. Ideal para processamento de cargas em larga escala. |
| GCC de grau pré-revestimento | Partículas de 2 μm ≥75% | Linha de classificação de moinho de bolas a seco / Moinho de agitação úmida | Distribuição uniforme do tamanho das partículas e boa fluidez. Adequado para a formulação de revestimentos com alto teor de sólidos. |
| Revestimento de acabamento de grau GCC | Partículas <2μm 90% -100\% | Moinho de agitação ultrafino úmido / Moinho de esferas horizontal | Utiliza moagem com abrasivos para delaminação em escala micro e submicrométrica. A alta proporção de micropartículas resulta em alto brilho superficial. |
II. Equipamentos para Modificação de SuperfíciesA chave para a compatibilidade e retenção.
A moagem ultrafina confere ao carbonato de cálcio uma elevada área superficial específica e uma textura fina. No entanto, o carbonato de cálcio não modificado permanece um material inorgânico e hidrofílico. Apresenta baixa compatibilidade e resistência de ligação com fibras vegetais orgânicas, que também são hidrofílicas, mas possuem carga superficial negativa. Essa incompatibilidade resulta em baixa retenção de carga, redução da resistência mecânica e formação de pó ou fiapos no papel.
Para resolver esses problemas, máquinas de modificação contínua de alta eficiência São essenciais para revestimento químico ou modificação de superfície.
1. Principais equipamentos de modificação e princípios de funcionamento
- Máquina de modificação de colmeias de três anéis/multicelulares: Fortes forças de cisalhamento e centrífugas são geradas por um rotor de alta velocidade. O pó de carbonato de cálcio é fluidificado e misturado rapidamente com agentes modificadores atomizados (como estearato de sódio ou agentes de acoplamento) para obter um revestimento de camada única em nível molecular.
- Máquina de Modificação Contínua de Turbina: Este equipamento é adequado para a modificação a seco de alta velocidade de carbonato de cálcio ultrafino. Os materiais e os agentes modificadores colidem em altas frequências dentro da câmara da turbina. Este design proporciona uma alta taxa de revestimento e previne eficazmente a reaglomeração do pó ultrafino.
- Reatores de modificação úmida / Vasos agitados: Agentes modificadores (como quitosana cationizada, CMC ou o agente de acoplamento KH570) são adicionados diretamente à suspensão durante ou após a moagem ultrafina úmida. Esse processo permite o enxerto ou revestimento de superfície em fase líquida.
2. Processos de Modificação e Benefícios dos Equipamentos
(1) Processo de Revestimento Químico
O revestimento químico modifica as superfícies de GCC ou PCC dentro de um sistema de reação. Por exemplo, a complexação de polieletrólitos pode ser usada dentro de equipamentos de modificação para depositar quitosana cationizada e carboximetilcelulose (CMC) em superfícies de PCC:
- Função do equipamento: A mistura forçada e a precipitação com temperatura controlada tornam a distribuição de partículas mais concentrada e uniforme, duplicando a área superficial específica.
- Desempenho na fabricação de papel: O carbonato de cálcio revestido permanece estável nos poros da fibra por meio de aprisionamento mecânico e adsorção coloidal. Esse processo aumenta taxas de retenção e melhora significativamente o índice de resistência à tração, a resistência ao estouro e a resistência à dobra.
(2) Processo de acoplamento químico de superfície
Agentes de acoplamento (como o KH570) ou surfactantes orgânicos (como o estearato de sódio) são usados para modificar o pó de carbonato de cálcio:
- Função do equipamento: Máquinas de modificação de alta velocidade utilizam cisalhamento térmico para aplicar estearato de sódio ou silanóis hidrolisados (Si-OH) uniformemente em superfícies de carbonato de cálcio nanoestruturado, formando ligações químicas estáveis (como ligações Ca-O-Si).
- Desempenho na fabricação de papel: O carbonato de cálcio modificado apresenta polaridade reduzida, menor energia superficial e dispersibilidade significativamente melhor. Quando aplicado em revestimentos, aumenta a resistência superficial, as propriedades hidrofóbicas e o desempenho de fricção (comumente usado em revestimentos antiderrapantes e bandejas de embalagem).
III. Sinergia entre processamento ultrafino e modificação
- Criando uma brancura excepcional (desbaste e remoção de impurezas):As estruturas cristalinas naturais do carbonato de cálcio possuem, inerentemente, alta brancura. Moagem precisa com moinhos úmidos ultrafinos agitados ou classificadores de moinho de bolas Evita a contaminação por ferro, reduzindo as partículas a tamanhos ideais para dispersão da luz (em torno de 0,2 a 0,5 μm). Isso maximiza a reflexão da luz visível, aumentando significativamente a brancura e a opacidade do papel.
- Obtenção de alto grau de suavidade e brilho (partículas ultrafinas + antiaglomerante):
- Micropartículas processadas por equipamentos de moagem ultrafina (<2μm > 90%) preenchem as lacunas entre as fibras, formando uma camada de revestimento ultrafina e plana na superfície do papel.
- Após a redução da energia superficial e o tratamento de revestimento em equipamentos de modificação, o carbonato de cálcio ultrafino evita a reaglomeração secundária em sistemas de revestimento. Mantém boa fluidez e alto teor de sólidos. Consequentemente, o papel apresenta excelente lisura e alto brilho após a calandragem, além de reduzir a formação de poeira e fiapos durante a impressão.
Equipamentos de moagem ultrafina proporcionam controle preciso sobre o tamanho das partículas, enquanto equipamentos de modificação alteram as características da superfície. Juntos, eles permitem que o carbonato de cálcio libere plenamente suas vantagens físicas e químicas, estabelecendo-o como uma matéria-prima mineral essencial, de alta qualidade e custo-benefício, na indústria de papel.
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— Publicado por Emily Chen