Caolín es el nombre comercial para las arcillas blancas que
están, predominantemente compuestas por caolinita. China fue el primer país en
utilizar arcillas blancas en la cerámica, aproximadamente hace 3.000 años
atrás. El nombre de caolín se deriva del nombre de la montaña de donde se
extraía dicho mineral, Kauling, que significa cerro elevado. El caolín define a
una arcilla que consiste principalmente en caolinita pura, o un mineral
relacionado con la halloysita, metahalloysita y arcillas con alto contenido de
alúmina ó sílice.
La caolinita posee la siguiente fórmula química Al2O3.2Si02.2H2O.
Se distingue de otras arcillas principalmente por su blandura, blancura y fácil
dispersión en agua y otros líquidos. Estas características son cruciales para
sus usos en la manufactura de papel y otras aplicaciones industriales de cargas
minerales.
La caolinita en su forma ideal consiste en una estructura
plana hexagonal. El promedio de tamaño de partículas se maneja en un rango que
va de 0.1 a 100 micrones. Los caolines se caracterizan por su baja dureza o
falta de abrasividad. El caolín tiene dureza entre 2 y 2,5 en la escala de
Mohs. Esta blandura es importante en muchas aplicaciones al reducir la abrasión
de los equipos de procesos.
Los caolines de alta calidad son caracterizados por bajos
niveles de impurezas como hierro, titanio y minerales de tierras alcalinas.
La
aplicación más importante del caolín se da en la industria del papel,
donde éste se usa como carga o pigmento
de revestimiento. Se estima que esta industria demanda cerca del 45% del total
del caolín producido. Este mineral, también encuentra usos en la industria del caucho como carga,
abarcando el 4% del consumo mundial; como pigmento extendedor y carga en
pinturas, cuyo consumo alcanza
aproximadamente al 3% del total demandado; como carga en plásticos,
utilizándose en este caso, aproximadamente el 1% del tonelaje mundial consumido
mundialmente; y en la industria
cerámica donde cubre un extenso espectro de aplicaciones, desde la cerámica
tradicional tal como cerámica blanca, productos de arcillas estructurales,
refractarios y vidrios.
Aproximadamente
el 54% de las ventas se refieren a caolín utilizado como carga en diversos
usos.
Dentro
de los usos menores del caolín se destaca la manufactura de ceolitas sintéticas
(catalizadores); en la agricultura; para la elaboración de productos químicos,
farmacéuticos y cosméticos.
1.2.1.
Especificaciones como carga de papel
Los
análisis típicos de caolines de grado como carga se muestran en la tabla Nº I.
Las
especificaciones para el caolín de grado de papel normalmente incluye las
distribuciones de partícula y las
apreciaciones de brillo, los cuales son medidos en unidades GE (principalmente
USA) o en unidades ISO (generalmente 1 o 2 unidades menos que las apreciaciones
de GE).
Tabla
I: Especificaciones de caolín como carga en papel.
|
Productos |
Brillo |
Tamaño de la partícula |
Viscosidad tolerada (@ 10 rpm, #3 disc) |
|
Carga lavada con
agua |
|
|
|
|
Estándar Premium |
82 – 84 82 - 85 |
60 – 70 60 – 65 |
400 cpe. @ 50%
sólido 400 cpe. @ 50%
sólido |
|
Carga flotante en
aire |
|
|
|
|
Estándar Premiun |
76 – 79 79 - 83 |
50 – 60 50 - 60 |
400 cpe. @ 50%
sólido 400 cpe. @ 50%
sólido |
|
Fuente: Roskill,
1996 |
|||
1.2.2.
Especificaciones en revestimiento de papel
El
contenido de mineral de papel revestidos y cartones, es más alto que en grados
sin revestir, como se muestra en la tabla II. El contenido total de pigmentos
puede variar hasta un máximo de 28% en peso para cartones revestidos a
aproximadamente 50% en el caso de algún papel libre de madera de doble
revestimiento. En la mayoría de los casos, los papeles revestidos comprenden
una cierta cantidad de carga en adición a los pigmentos de revestimiento. Parece
improbable que los niveles de carga en papeles revestidos se incrementaran
significativamente en un futuro previsto dado que esto podría tener un efecto
negativo en la resistencia y procesamiento de papeles revestidos.
Tabla
II: Especificaciones del papel revestido por caolín
|
Producto |
GE Brillo |
Tamaño de partícula (% -2 micrón) |
Viscosidad (@10 rpm,#3
disc) |
|
Revestimiento Nº1 |
|
|
|
|
Estándar Premium |
87-89 89-91 |
90-94 90-94 |
500 cpe@ 70 % sólidos 500 cpe@ 70 % sólidos |
|
Revestimiento Nº2 |
|
|
|
|
Estándar Premium |
86-87 88-90 |
80-84 80-84 |
400 cpe@ 70 % sólidos 400 cpe@ 70 % sólidos |
|
Alto Lustre |
|
|
|
|
Estándar Premium |
86-88 88-90 |
80-84 80-84 |
700 cpe@ 70 % sólidos 700 cpe@ 70 % sólidos |
|
Delaminado |
|
|
|
|
Estándar Premium |
87-89 89-90 |
78-82 78-82 |
300 cpe@ 70 % sólidos 300 cpe@ 70 % sólidos |
|
Calcinada* |
|
|
|
|
Estándar Premium |
80-85 90-92 92-94 |
78-80 84-86 90-94 |
500 cpe@ 70 % sólidos 500 cpe@ 70 % sólidos 500 cpe@ 70 % sólidos |
|
Fuente
-. Roskill * También vendido para usos como
carga, pintura y plástico |
|||
En
suma a los requerimientos del producto final, los pigmentos de revestimiento
pueden tener propiedades reológicas aceptables para máquinas modernas de alta
velocidad de revestimiento de papel. Los caolines se dispersan en agua, aún con
altos contenidos de sólidos, fluyen bien y producen el espesor liso requerido
en la mínima duración de tiempo. Ellos son particularmente aconsejados para
papeles de alto lustre tal como revestido de peso liviano (LWC).
1.2.3. Especificaciones
en cerámica
La
industria de la cerámica emplea una extensa variedad de formulaciones: métodos
de fabricación, moldeado y prácticas de quemado; por lo tanto no existe una
especificación ajustada para el caolín usado en cerámica. Las especificaciones
requeridas dependerán del tipo de producto y aún de la planta particular donde
se hará, la variable más importante son las diferentes proporciones de caolín,
otras arcillas, sílice y fundentes usados en cuerpos cerámicos. Los que manufacturan cerámica actualmente compran
sus materias primas en la forma de cuerpos preparados, y la fuente de materias
primas y el control de calidad y especificaciones está mayormente en manos de
los procesadores.
Los
caolines también mejoran la resistencia de cuerpos no quemados y afectan sus
características de plasticidad y colado. Las prácticas de colado y quemado en
particular en plantas de cerámicas pueden ser modificadas para tener en cuenta
las características particulares de los grados disponibles de caolín y otras
arcillas.
Una
de las principales especificaciones de caolín cerámico concierne la presencia
de minerales que puedan afectar el color de quemado del cuerpo cerámico. El
principal problema es el óxido de hierro, pero un contenido significante de
cobre, cromo y manganeso también es perjudicial. Si tales impurezas están
presentes dentro de la red de la arcilla luego el brillo quemado es reducido,
pero en la forma particular su presencia es mucho más perjudicial. Ellas
producen manchas cuando el cuerpo cerámico es quemado y durante el quemado del
bizcocho, el hierro y la cerámica pueden reaccionar para formar un halo
alrededor de la mancha si el nivel de oxígeno en el horno cae.
Una
combinación de contenido de hierro de 0,6% a 0,7% Fe2O3 puede usualmente ser tolerado en
caolines cerámicos pero los niveles más bajos de hierro son requeridos para
minimizar la absorción suave en cuerpos de hueso chino donde la transparencia
es importante. Los caolines deben contener menos de 0,5% de hierro, el titanio
cataliza la reacción del hierro con los cuerpos cerámicos y debe también ser
bajo su contenido, los niveles de álcalis tienen un marcado efecto sobre las
características de vitrificación para alterar la porosidad de los cuerpos
cerámicos. Los caolines usados en porcelana deben contener menos de 1,55 de
potasio, mínimo titanio y bajos contenidos de sílice.
La
presencia de ciertos minerales es también perjudicial en caolines cerámicos.
Naturalmente las arcillas que hinchan tal como las montmorillonitas absorben
agua en sus redes; esto afecta la viscosidad y así la velocidad de colado. Los
procesos de colado pueden ser seriamente afectados por la presencia de tan solo
un 1% de montmorillonita en el cuerpo.
Generalmente
se prefiere caolín de partículas de fino tamaño, porque el tamaño de las
partículas generalmente determina la plasticidad y la resistencia del cuerpo
cerámico no quemado. La elección de la distribución del tamaño de las
partículas varía, de todos modos, porque las partículas finas también reducen
la velocidad de colado e incrementa la contracción durante el quemado.
Tabla III: especificaciones
de caolín en cerámica.
|
|
Brillo no al fuego |
Tamaño de partícula (% - micrones) |
Fe2O3 (%) |
|
Resistencia alta |
78-83 |
55-65 |
9-121 |
|
Sanitarios |
75-80 |
Menos de 60% |
0,5% max |
|
-- |
0,5% max |
||
|
Fuente: Roskill,
1996 |
|||
|
Miliequivalente
de azul de metileno C.E.C. |
|||
1.2.4 Especificaciones para el caolín en pintura
El caolín es usado principalmente como pigmento extendedor
blanco, reemplazando parcialmente el dióxido de titanio en pinturas. El caolín
calcinado es la principal forma de caolín usada, si bien la tendencia hacia la
producción de pinturas en base a agua impulsó el uso de caolín lavado en agua.
El caolín contribuye dando brillo y opacidad a la pintura y, por lo tanto, los
caolines usados en pinturas deben tener buen brillo y bajos niveles de
impurezas, especialmente aquellos que deben liderar la formación de
constituyentes oscuramente coloreados cuando el film de pintura se encuentra
sometida a la intemperie.
Otros
requerimientos adicionales para caolines para pintura es que deberían
deflocular fácilmente y tener bajos niveles de sales solubles. El brillo entre
el 80% y el 90% es generalmente requerido y la distribución del tamaño de las
partículas tiende a ser 70% a 80% menor de dos micrones. Los caolines
calcinados son utilizados en pinturas porque imparten alto poder de cubrimiento
en seco a la pintura y también producen un film de pintura más durable.
Tanto en Estados Unidos como en Europa Occidental se ha
impulsado dentro de la industria de la pintura el uso de pinturas en base a
agua en lugar de aquellas basadas en solvente, dado que no son tóxicas, son
menos caras para manufactura y producen menos polución. En términos de consumo
de caolín, este cambio llevó a un crecimiento de la demanda de caolín lavado en
agua.
1.2.5.
Especificaciones para el caolín en plástico
Tabla
IV: Propiedades físicas importantes de cargas minerales seleccionadas en el uso
para plásticos.
|
|
Promedio del tamaño
de partículas (m)
|
Area de superficie |
Densidad |
Dureza Mohs |
Ratio del aspecto |
|
|
Caolín |
0.2 - 1.0 |
10 – 20 |
2.6 |
2.0 - 2.5 |
Medio |
|
|
Carbonato de
Calcio: |
|
|
|
|
|
|
|
Molido |
5 -15 |
1 – 5 |
2.7 |
3.0 - 3.5 |
Bajo |
|
|
Precipitado |
0.1 -1.0 |
5 – 20 |
2.6 |
2.5 - 3.0 |
Bajo |
|
|
Silice: |
|
|
|
|
|
|
|
Molido |
2 - 6 |
1-2 |
2.65 |
7.5 |
Bajo |
|
|
Ahumado |
0.04 - 0.05 |
50 –150 |
1.8 -2.2 |
-- |
Bajo |
|
|
|
50 -75 |
-- |
0.1 - 0.7 |
5-6 |
Bajo |
|
|
Alúmina |
1-1.5 |
5 |
2.4 |
2-3 |
Bajo |
|
|
Hidratada |
|
|
|
|
|
|
|
Mica |
-- |
30 |
2.9 |
2.0 - 2.5 |
Alto |
|
|
Talco |
1 -1.5 |
6-10 |
2.8 |
1.5 |
Medio |
|
|
Wollastonita |
- |
1 |
2.8 - 2.9 |
4.5 - 5.0 |
Alto |
|
|
Fuente: Industrial
Minerals, Marzo 1987 |
||||||
Tabla V: Análisis químico típico y propiedades
físicas de los caolines usados en plásticos.
|
Análisis químicos |
Translink 445 |
(%)Translink 555 |
|
Al
2 03 |
44.6 |
44.6 |
|
SiO2 |
52.3 |
52.3 |
|
Na
2 |
0.1-0.2 |
0.1-0.2 |
|
TiO 2 |
1.7-1.9 |
1.7-1.9 |
|
CaO |
0.03 |
0.03 |
|
Fe 2 O3 |
0.5-0.8 |
0.5-0.8 |
|
MgO |
0.04 |
0.04 |
|
K 2 0
|
0.1-0.2 |
0.1-0.2 |
|
L0I |
0.3 |
0.3 |
|
Propiedades
físicas |
|
|
|
Promedio tamaño de
partículas (m) |
1.4 |
0.8 |
|
Absorción
de aceite (lb/l 00lb) |
55-65 |
95-110 |
|
Brillo
(GE) |
90-92 |
90-92 |
|
Peso
específico ( lft3) |
2.63 |
2.63 |
|
Densidad
de la masa (lb/ft 3 ) |
|
|
|
Suelto |
16 |
1 1 |
|
Apisonado |
31 |
19 |
|
Valor
de la masa/volumen (lb/Gal) |
21.9 |
21.9 |