El caolín es un silicato de aluminio hidratado, producto de la descomposición de rocas feldespáticas principalmente. El término caolín se refiere a arcillas en las que predomina el mineral caolinita; su peso específico es de 2.6; su dureza es 2; de color blanco, puede tener diversos colores debido a las impurezas; brillo generalmente terroso mate; es higroscópico (absorbe agua); su plasticidad es de baja a moderada.
Otras propiedades importantes son su blancura, su inercia ante agentes químicos, es inodoro, aislante eléctrico, moldeable y de fácil extrusión; resiste altas temperaturas, no es tóxico ni abrasivo y tiene elevada refractariedad y facilidad de dispersión. Es compacto, suave al tacto y difícilmente fusible. Tiene gran poder cubriente y absorbente y baja viscosidad en altos porcentajes de sólidos.
Especificaciones para caolín grado recubrimiento para papel
Tipo de producto
Blancura
Tamaño de la partícula %-2µ
Viscosidad @
10 RPM, disco No. 3
No. 1 Recubrimiento
Standard
Premium
87-88
89-91
90-94%
90-94%
500 cpe @ 70% sol
500 cpe @ 70% sol
No. 2 Recubrimiento
Standard
Premium
86-87
88-90
80-84%
80-84%
400 cpe @ 70% sol
400 cpe @ 70% sol
Alto brillo
Standard
Premium
86-88
89-90
95-98%
98-100%
700 cpe @ 70% sol
700 cpe @ 70% sol
Delaminado
Standard
Premium
87-89
89-90
78-82% *
78-82% *
300 cpe @ 67% sol
300 cpe @ 67% sol
Calcinado **
Alta opacidad
Standard
Premium
80-85
90-92
92-94
78-80%
84-86%
90-94%
500 cpe @ 50% sol
500 cpe @ 50% sol
500 cpe @ 50% sol
* Tamaño de la partícula delaminada inexacto debido al aspecto de la proporción
* * También usado para relleno de papel, pintura y pigmento plástico
Especificaciones para caolín grado relleno para papel
Tipo de producto
Blancura
Tamaño de la partícula %-2µ
Viscosidad @
10 RPM, disco No. 3
Relleno lavado en agua
Standard
Premium
82-84
84-85
60-70%
60-65%
400 cpe @ 70% sol
400 cpe @ 70% sol
Relleno flotado en aire
Standard
Premium
76-79
79-83
50-60%
50-60%
400 cpe @ 70% sol
400 cpe @ 70% sol
Especificaciones para caolín grado cerámico
Tipo de producto
Blancura sin hornear
Tamaño de la partícula %-2µ
Azul de metileno C.E.C. o % de óxido de fierro
Alta resistencia
Loza para baño
Fibra de vidrio
78-83
75-80
Ninguno
55-65%
menos de 60%
menos de 70%
9-12 meq
menos de 0.5%
menos de 0.5%
Existen otras especificaciones que no son tan estrictas en usos tales como:
PINTURAS
REFRACTARIOS
CEMENTO
Blancura y brillo superior a 83%
Granulometría (100% pasando la malla 325)
Abrasividad muy baja
Tamaño de partícula que le de alto poder cubriente
Alto contenido de sílice
Bajo contenido de impurezas (óxidos de fierro, compuestos alcalinos y alcalinotérreos)
Cono pirométrico superior a 35
Se requiere que al quemar de color blanco
Gran cantidad de caolín destinado al cemento se usa tal cual es extraído y simplemente molido
USOS
Papel
Como carga y recubrimiento del papel. En el acabado de papel de arte y tapiz y en papel corrugado. Reduce la porosidad y da suavidad y brillo a la superficie.
Refractarios
En la elaboración de perfiles, bloques y ladrillos refractarios, así como en ladrillos de alta alúmina. En la elaboración de cemento refractario y resistente a los ácidos. En cajas de arcilla refractaria para cocer alfarería fina.
Cerámica
En la fabricación de sanitarios, comedores, porcelana eléctrica y tejas de alto grado, vajillas, objetos de baño, refractarios y cajas de arcilla refractaria para cocer alfarería fina.
Vidrio
En la formulación de placas de vidrio.
Pinturas
En la elaboración de pigmentos de extensión para pinturas y en la fabricación de tintas. Se usa como dilatador por su inercia química, suave fluidez, facilidad de dispersión y por no ser abrasivo. En pinturas de agua con liga de aceite, a base de silicato y al temple; en pinturas para moldes de fundición; en pigmentos para el color ultramarino. Da suavidad y brillo a la superficie, mejora la durabilidad de la misma y reduce la cantidad de pigmento necesario.
Plásticos
Es usado como relleno en hules y plásticos y auxiliar en procesos de filtración. En revestimientos plásticos para ductos y tejas plásticas. Se mezcla bien con oleoresinas en plásticos y mejora la rigidez y dureza del mismo.
Agroquímicos
Forma parte de los componentes de insecticidas y pesticidas.
Farmacéutica
En la elaboración de medicamentos por ser químicamente inerte y libre de bacterias. (No se tiene en México este tipo de caolín)
Cosméticos
Es uno de los principales componentes de los cosméticos. Absorbe humedad, mejora las bases blancas para colores, se adhiere a la piel y tiene textura suave.
Construcción
Usado como terraplén y como material crudo en la formulación de crisolita y placas de vidrio. Usado para producir arcillas pesadas. En pistas para aterrizaje de aviones y en mezclas termoplásticas para techar. Como relleno en linóleo y en cementos resistentes a los ácidos y refractarios. En cojines de fieltro para páneles o tableros de metal. En revestimientos plásticos para ductos, ladrillos para pisos y para sellar mezclas. En mezclas termoplásticas para techar. En el concreto mejora la durabilidad, remueve el hidróxido de calcio químicamente activo, mejora la porosidad y la adhesión entre el cemento, la arena y la grava.
Material eléctrico
Es usado en la fabricación de cable eléctrico, en recubrimientos y aislantes eléctricos. Da resistencia térmica.
Caucho
Para reforzar el caucho y hacerlo más rígido.
Hule
En la industria del hule es usado como carga y por su resistencia a la humedad y ataque químico. Mezcla bien con el hule, le incrementa la dureza y durabilidad.
Metales
En ruedas abrasivas, para soldar cubiertas en varillas y en material de adherencia en fundición
Química
En la elaboración de productos como sulfato de aluminio, alúmina y alumbre; en catalizadores y absorbentes; en el acabado de textiles; en jabón, recubrimientos, curtiduría y productos de asbesto; en ruedas abrasivas, como material de adherencia en fundición y para soldar cubiertas en varillas.
Forraje
Para forraje se usa molido entre 60 y 80 mallas.
PANORAMA DEL MERCADO INTERNACIONAL
La producción global de caolín grado revestimiento se estima, según datos de la empresa Imerys, en alrededor de 6.7 millones de toneladas. De éste el estado de Georgia, EU produce cerca de 4.2 millones, del cual el 85% es acuoso y el resto calcinado. Del total de 4.2 millones de toneladas el 75% fue para caolín grado papel. El 90% de las exportaciones americanas son de caolín grado revestimiento de papel y el principal destino es Asia (60%) y Europa (40%), con algunas pequeñas exportaciones a otras regiones.
En la última década Brasil se ha convertido en productor y exportador líder de caolín. La capacidad de producción de la industria brasileña se estimaba en el 2001 superior de 1.8 millones de toneladas. Alrededor del 90% del caolín grado revestimiento de papel producido en Brasil se exporta a Europa, Asia y Norteamérica. La empresa Rio Capim Caulim, SA de Imerys ha construido un complejo en el estado de Pará para producir caolín grado revestimiento para exportación, con una producción estimada en 600,000 ton/año en 2002. Asimismo, Pará Pigmentos, SA también tiene un proyecto en el estado de Pará para producir alrededor 600,000 ton/año.
China representa un mercado cada vez mayor para la industria del papel. Las empresas papeleras occidentales comenzaron a invertir en China a mediados de los años 90 para establecer plantas de papel como Stora Enso Suzhou Paper y UPM-Kymmene-Changsu. Por su lado, el gobierno chino también ha apoyado el establecimiento de compañías nacionales. Se estima que en 2005 la producción de papel revestido será de 2.4 millones de toneladas y 2.8 millones de cartulina revestida. Parte de esta producción de papel se está acercando al estándar mundial de calidad premium. Para resolver este crecimiento, se estima que en 2005 se necesitarán 400,000 toneladas de caolín grado revestimiento. Aquellos que suministren el caolín tendrán que enfrentar una batalla entre productores nacionales nuevos y productores occidentales establecidos, quienes actualmente tienen la superioridad.
En relación al caolín grado cerámico, se han producido una variedad amplia de formulaciones y técnicas de producción para resolver los requerimientos usados en la industria cerámica. Las especificaciones de caolín dependen del producto e incluso de las condiciones de la planta en la cual va a ser utilizada. La variable más importante es la proporción relativa de caolín; el caolín para la cerámica debe tener una composición química consistente de modo que no haya variaciones en las características de ignición y vitrificación del cuerpo de la cerámica.
Una de las especificaciones más importantes del caolín grado cerámico es el nivel de impurezas que pueden afectar el color de la cerámica. La principal impureza que puede causar este problema es el óxido del hierro, aunque contenidos significativos de cobre, cromo y manganeso también son indeseables. Las partículas de metal pueden causar manchas durante la ignición especialmente el hierro, que puede reaccionar con la cerámica para formar un halo alrededor de la mancha si disminuye el contenido de oxígeno del horno.
La producción regional de caolín y arcilla bola han recuperado los volúmenes previos a la recesión en actividades como la construcción en la mayoría de los países asiáticos. La enorme urbanización que ocurre en esta parte del mundo es en gran parte el factor que está asegurando la demanda de materias primas, incluyendo las arcillas cerámicas.
La arcilla bola y el caolín para cerámica son muchos y variados. Sin embargo, en la mayoría de los países, los recursos de alta calidad con adecuada combustión y características físicas satisfactorias son poco comunes. Otro factor es el tamaño de los depósitos, mientras algunos tienen buenas características, muchos son muy pequeños para ser una fuente de suministro a largo plazo para una industria que utiliza grandes volúmenes. Algunos de estos pequeños depósitos pueden ser convenientes como autosuministro para una sola fábrica, pero si una compañía minera pretende venderle a una gama de clientes, el potencial base es a menudo demasiado pequeño.
PRODUCTORES DE CAOLÍN EN CHINA
Los depósitos del caolín se distribuyen extensamente en China, aunque la mayoría se encuentran en las provincias de Guangdong, Fujian, Jiangsu, Guangxi, Jiangxi, Hunan, Sanxi y Neimeng. Las reservas probadas de unos 200 depósitos son aproximadamente de 300 millones de toneladas.
Existen tres clases de depósitos de caolín en China: hidrotermal, intemperismo y sedimentario.
Existe también un cuarto tipo de caolín al norte de China conocido como "caolín de la serie del carbón". Consiste de 170 millones de toneladas de caolín sedimentario, intercrecido con el carbón. Tiene un alto contenido de caolinita y su contenido Al 2 O 3 está en un rango de 36% a 38%. Debido a su alto contenido de materiales orgánicos, el caolín de la serie del carbón se ha utilizado para la cerámica y refractarios durante mucho tiempo. Con la introducción de tecnología de calcinación y de superfinos, se desarrollaron nuevas usos para este tipo de caolín.
Son alrededor de 700 productores de caolín en China, y la mayoría son plantas de pequeños poblados, con métodos simples de extracción y proceso. El caolín refinado se produce en menos de 100 plantas.
La capacidad de producción de caolín en China en el 2000 fue alrededor de 3.25 millones de toneladas, aunque el caolín lavado sumó sólo 700,000 toneladas, es decir, 21.5% de la producción total. El caolín grado revestimiento de papel consideró el 22% del caolín lavado, que representa 4.7% de la producción total.
Principales productores de caolín refinado
En China, la producción de caolín refinado ocurre principalmente en los distritos de Suzhou, Jiangsu, Maoming, Zhanjiang, Guangdong, Longyan, Fujian, Datong, Sanxi, Zhungeer y Neimeng.
Principales productores de caolín refinado en China
Toneladas
Empresa
Localización
Producción
China Kaolin Co.
Suzhou, Jiangsu
80,000
Fujian Longyan Kaolin Co.
Longyan, Fujian
52,000
Maoming Kaolin Science Co.
Maoming, Guangdong
44,000
Maoming Petrochemical Mineral Ltd Co.
Maoming, Guangdong
40,000
Maomong Shange Kaolin Co.
Maoming, Guangdong
40,000
Zhanjiang Xindongcheng Kaolin Co.
Zhanjiang, Guangdong
39,000
Zhanjiang Kaolin Co.
Zhanjiang, Guangdong
20,000
Hebei Shahe Minerals Processing Plant
Handan, Hebei
17,000
Zhejiang Songyang Kaolin Co.
Songyang, Zhejiang
20,000
Sanxi Jinyang Calcined Kaolin Co.
Xinzhou, Sanxi
8,000
Neimeng Sanbao Kaolin Co.
Huerhaote, Neimeng
7,000
Información obtenida de: http://www.economia.gob.mx/index.jsp?P=1803
Usos y aplicaciones del caolín en papel, pinturas y plásticos
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.
Usos del caolín
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.
Especificaciones Técnicas del Caolín
Especificaciones como carga de papel del caolín
Los análisis típicos de caolines de grado como carga se muestran en la tabla siguiente.
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).
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
Especificaciones del caolín para 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 más abajo. 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.
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*
Opaco
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).
Especificaciones del caolín 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 2 O 3 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.
Especificaciones de caolín en cerámica.
Brillo no al fuego
Tamaño de partícula
(% - micrones)
Fe 2 O 3
(%)
Resistencia alta
78-83
55-65
9-12 1
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.
Especificaciones para el caolín en pintura
El caolín es usado principalmente como pigmento extendedor blanco, reemplaz
