USOS Y ESPECIFICACIONES

1. Aspectos Generales

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 Al 2O3.2Si02.2H2O. 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.

1.1. Usos
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 Especificaciones Técnicas

 
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 Viscosidad tolerada
   partícula (@ 10 rpm, #3 disc)
Carga lavada con agua      
Estándar 82 – 84 60 – 70 400 cpe. @ 50% sólido
Premium 82 - 85 60 – 65 400 cpe. @ 50% sólido
Carga flotante en aire      
Estándar 76 – 79 50 – 60 400 cpe. @ 50% sólido
Premiun 79 - 83 50 - 60 400 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

GE Tamaño de partícula Viscosidad
Producto
Brillo (% -2 micrón) (@10 rpm,#3 disc)
Revestimiento Nº1      
Estándar 87-89 90-94 500 cpe@ 70 % sólidos
Premium 89-91 90-94 500 cpe@ 70 % sólidos
Revestimiento Nº2      
Estándar 86-87 80-84 400 cpe@ 70 % sólidos
Premium 88-90 80-84 400 cpe@ 70 % sólidos
Alto Lustre      
Estándar 86-88 80-84 700 cpe@ 70 % sólidos
Premium 88-90 80-84 700 cpe@ 70 % sólidos
Delaminado      
Estándar 87-89 78-82 300 cpe@ 70 % sólidos
Premium 89-90 78-82 300 cpe@ 70 % sólidos
Calcinada*      
Opaco 80-85 78-80 500 cpe@ 70 % sólidos
Estándar 90-92 84-86 500 cpe@ 70 % sólidos
Premium 92-94 90-94 500 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. 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% Fe 2O3 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 Fe2O3
(% - micrones) (%)
Resistencia alta 78-83 55-65 9-121
Sanitarios 75-80 Menos de 60% 0,5% max
Fibra de vidrio -- Menos de 70 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. 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
Area de Ratio del
  tamaño de Densidad Dureza Mohs
superficie aspecto
partículas (m)
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 20 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 11
Apisonado 31 19
Valor de la masa/volumen (lb/Gal) 21.9 21.9